Modul Hardware: Zusammenspiel von Software, Betriebssystem und Hardware

In diesem Modul geht es darum, wie ein Computersystem aufgebaut ist und warum Computer so flexibel einsetzbar sind. Ein Computer kann Text verarbeiten, Webseiten anzeigen, Videos schneiden, Spiele berechnen, Maschinen steuern oder Messdaten auswerten, obwohl die elektronische Grundlage immer nach ähnlichen Prinzipien funktioniert. Diese Flexibilität entsteht nicht durch eine einzelne Komponente, sondern durch das Zusammenspiel von Hardware, Betriebssystem und Anwendungsprogrammen.

Die Hardware bildet die physische Grundlage. Sie besteht aus elektronischen und mechanischen Bauteilen, die elektrische Signale speichern, transportieren, vergleichen und verändern können. Das Betriebssystem liegt als vermittelnde Schicht darüber. Es verwaltet die vorhandene Hardware und stellt Programmen einheitliche Dienste zur Verfügung. Anwendungsprogramme wiederum nutzen diese Dienste, ohne jede einzelne Hardwarekomponente direkt steuern zu müssen.

Das Modul verbindet theoretisches Verständnis mit einem kleinen Projekt. Zuerst werden die wichtigsten Begriffe und Strukturen erklärt. Danach untersuchen Gruppen einzelne Hardwarekomponenten, erstellen ein Poster und präsentieren ihre Ergebnisse. Abschliessend werden die Eckdaten eines eigenen Geräts recherchiert und dokumentiert.

• Nach diesem Modul können Sie erklären, weshalb moderne Computer als universelle, programmierbare Maschinen bezeichnet werden.
• Sie können die wichtigsten Hardwarekomponenten eines Computers benennen und deren Funktion beschreiben.
• Sie verstehen das Grundprinzip der Von-Neumann-Architektur und können erklären, wie ein Befehl im Fetch-Decode-Execute-Zyklus verarbeitet wird.
• Sie können das Zusammenspiel von Hardware, Betriebssystem, Treibern und Anwendungsprogrammen in eigenen Worten beschreiben.
• Sie können zentrale technische Eckdaten eines persönlichen Geräts recherchieren und sinnvoll einordnen.

Ein Computersystem lässt sich als Schichtenmodell verstehen. Die unterste Schicht ist die Hardware. Sie umfasst alle physischen Bestandteile, also Bauteile, die man grundsätzlich anfassen, einbauen, austauschen oder anschliessen kann. Dazu gehören der Prozessor, der Arbeitsspeicher, die Speicherlaufwerke, das Motherboard, die Grafikkarte, der Bildschirm, die Tastatur, die Maus und viele weitere Geräte.

Direkt mit der Hardware arbeitet nicht jedes Anwendungsprogramm selbst. Stattdessen übernimmt das Betriebssystem diese Aufgabe. Es verwaltet den Prozessor, verteilt Arbeitsspeicher, organisiert Dateien, kontrolliert Benutzerrechte und stellt Programmen Schnittstellen zur Verfügung. Ein Textverarbeitungsprogramm muss deshalb nicht selbst wissen, wie ein bestimmter Drucker intern funktioniert. Es gibt dem Betriebssystem den Auftrag zu drucken. Das Betriebssystem nutzt anschliessend passende Treiber, um den Drucker korrekt anzusprechen.

Treiber sind spezielle Softwarebausteine, die zwischen Betriebssystem und Hardware vermitteln. Sie übersetzen allgemeine Befehle des Betriebssystems in konkrete Anweisungen für ein bestimmtes Gerät. Deshalb kann ein neuer Drucker, eine neue Grafikkarte oder ein neues Eingabegerät oft durch die Installation eines passenden Treibers in ein bestehendes System integriert werden.

Diese Schichtung ist ein wichtiger Grund für die Langlebigkeit und Erweiterbarkeit von Computern. Auf derselben Hardware können unterschiedliche Programme laufen. Auf einem älteren Computer können neue Programme installiert werden, solange Betriebssystem, Treiber und Hardware die nötigen Voraussetzungen erfüllen. Umgekehrt kann ein Betriebssystem aktualisiert werden und neue Funktionen bereitstellen, obwohl die Hardware bereits früher hergestellt wurde.

Unter Hardware versteht man alle elektronisch oder mechanisch arbeitenden Komponenten eines Computersystems. Die Hardware führt die eigentliche Verarbeitung von Daten aus. Sie speichert Daten, transportiert sie, vergleicht sie, verrechnet sie und gibt sie wieder aus. Dabei bestehen alle digitalen Daten letztlich aus Bits. Ein Bit kann zwei Zustände annehmen, meistens als 0 und 1 dargestellt. In der Elektronik entsprechen diese Zustände vereinfacht unterschiedlichen Spannungszuständen.

Der Prozessor verarbeitet Befehle und Daten. Der Arbeitsspeicher hält Programme und Daten bereit, die gerade gebraucht werden. Massenspeicher wie SSDs oder Festplatten speichern Daten langfristig. Eingabegeräte liefern Daten an den Computer, Ausgabegeräte machen Ergebnisse sichtbar, hörbar oder anderweitig nutzbar. Das Motherboard verbindet diese Komponenten miteinander und ermöglicht den Austausch von Signalen.

Ein Vergleich mit dem Menschen kann helfen, die Grundidee zu verstehen. Die Hardware eines Menschen wären die Moleküle, Zellen, Organe, Nervenbahnen und Muskeln, aus denen der Körper besteht. Gedanken, Erinnerungen und Handlungen lassen sich nicht ohne diesen Körper ausführen. Gleichzeitig ist der Körper allein noch nicht das Verhalten. Ähnlich ist ein Computer ohne Programme und Betriebssystem zwar physisch vorhanden, aber nicht sinnvoll nutzbar.

Die meisten heutigen Computer folgen in ihren Grundzügen einem Architekturprinzip, das als Von-Neumann-Architektur bezeichnet wird. Dieses Modell wurde 1945 beschrieben und ist bis heute ein wichtiges Referenzmodell für den Aufbau programmierbarer Computer. Seine wichtigste Idee ist das Speicherprogrammprinzip. Programme und Daten werden im selben Arbeitsspeicher abgelegt. Ein Programm besteht also ebenfalls aus Daten, nämlich aus codierten Befehlen, die der Prozessor verstehen kann.

Diese Idee ist entscheidend für die Flexibilität eines Computers. Die Hardware muss nicht für jede Aufgabe neu gebaut werden. Stattdessen wird ein anderes Programm in den Speicher geladen. Das Programm beschreibt, welche Befehle in welcher Reihenfolge ausgeführt werden. Dadurch kann dieselbe Maschine sehr unterschiedliche Aufgaben lösen.

Die klassische Von-Neumann-Architektur besteht aus einem Prozessor, einem Arbeitsspeicher, Ein- und Ausgabegeräten sowie einem verbindenden Bus-System. Der Prozessor enthält ein Steuerwerk, ein Rechenwerk und verschiedene Register. Das Steuerwerk wird auch Control Unit oder CU genannt. Es sorgt dafür, dass Befehle aus dem Speicher geholt, interpretiert und in der richtigen Reihenfolge ausgeführt werden. Das Rechenwerk wird Arithmetic Logic Unit oder ALU genannt. Es führt arithmetische und logische Operationen aus, zum Beispiel Additionen, Vergleiche oder Verknüpfungen mit AND, OR und NOT. Register sind sehr kleine, aber extrem schnelle Speicherstellen innerhalb des Prozessors. Sie halten zum Beispiel den aktuell verarbeiteten Befehl, Zwischenergebnisse oder die Adresse des nächsten Befehls bereit.

Der Arbeitsspeicher, also RAM, enthält die Programme und Daten, die gerade in Benutzung sind. Jede Speicherstelle besitzt eine Adresse. Über diese Adresse kann der Prozessor eine Speicherstelle ansprechen, Daten lesen oder Daten schreiben. Da RAM flüchtig ist, gehen seine Inhalte verloren, wenn das Gerät ausgeschaltet wird. Langfristig gespeicherte Daten befinden sich deshalb auf Massenspeichern wie SSDs, Festplatten oder USB-Sticks.

Der Bus verbindet die Komponenten miteinander. In vereinfachter Form unterscheidet man den Datenbus, den Adressbus und den Steuerbus. Über den Datenbus werden die eigentlichen Daten und Befehle übertragen. Über den Adressbus teilt der Prozessor mit, welche Speicherstelle oder welches Gerät angesprochen werden soll. Über den Steuerbus werden Kontrollsignale übertragen, zum Beispiel ob gelesen oder geschrieben werden soll.

Damit ein Programm ausgeführt werden kann, arbeitet der Prozessor immer wieder denselben Grundablauf ab. Dieser Ablauf heisst Fetch-Decode-Execute-Zyklus. Auf Deutsch könnte man sagen: holen, verstehen, ausführen.

Ein Programm besteht aus vielen kleinen Befehlen. Der Prozessor führt nicht das ganze Programm auf einmal aus, sondern immer einen Befehl nach dem anderen. Man kann sich das wie ein Kochrezept vorstellen. Auch dort wird nicht das ganze Rezept gleichzeitig erledigt. Man liest zuerst den nächsten Schritt, versteht, was zu tun ist, führt diesen Schritt aus und geht danach zum nächsten Schritt weiter.

Ein sehr einfaches Beispiel wäre ein Mini-Programm, das die Rechnung 7 + 5 ausführen und das Ergebnis speichern soll. In Wirklichkeit sehen Maschinenbefehle für den Prozessor anders aus und bestehen aus Nullen und Einsen. Für das Verständnis verwenden wir hier aber lesbare Pseudobefehle.

Der RAM ist hier wie ein Regal mit nummerierten Fächern. Jedes Fach hat eine Adresse. In unserem Beispiel liegen die Befehle an den Adressen 100, 101 und 102. An der Adresse 200 soll später das Resultat gespeichert werden. Die CPU muss nun wissen, bei welcher Adresse der nächste Befehl steht. Dafür gibt es in der CPU einen kleinen internen Speicher, den man Befehlszähler nennt. Dieser Befehlszähler zeigt zuerst auf die Adresse 100.

1. Im ersten Durchlauf zeigt der Befehlszähler auf Adresse 100. Im Fetch-Schritt holt die CPU den Befehl LADE 7 aus dem RAM. Im Decode-Schritt erkennt das Steuerwerk, dass die Zahl 7 in einen internen Zwischenspeicher der CPU geladen werden soll. Im Execute-Schritt wird genau das gemacht: Die CPU merkt sich die Zahl 7 in einem Register. Danach zeigt der Befehlszähler auf die nächste Adresse, also auf Adresse 101.
2. Im zweiten Durchlauf holt die CPU den Befehl ADDIERE 5 aus dem RAM. Das Steuerwerk erkennt, dass zur bereits gespeicherten Zahl 7 nun die Zahl 5 addiert werden soll. Die ALU, also das Rechenwerk der CPU, führt die Rechnung aus. Aus 7 + 5 wird 12. Dieses Zwischenergebnis bleibt wieder in einem Register der CPU gespeichert.
3. Im dritten Durchlauf holt die CPU den Befehl SPEICHERE Ergebnis aus dem RAM. Das Steuerwerk erkennt, dass das aktuelle Ergebnis nicht nur im Register bleiben soll, sondern in den RAM geschrieben werden muss. Deshalb wird die Zahl 12 an die Speicheradresse 200 geschrieben. Dort steht nun das Ergebnis der Rechnung.

Dieser Zyklus läuft nicht nur dreimal, sondern während eines laufenden Programms ständig. Bei jedem Befehl wiederholt sich derselbe Grundablauf. Der Prozessor holt einen Befehl, versteht ihn, führt ihn aus und geht danach zum nächsten Befehl weiter.

Die Taktfrequenz eines Prozessors gibt an, wie schnell solche Arbeitsschritte grundsätzlich ablaufen können. Eine Frequenz von 3 GHz bedeutet vereinfacht, dass der Prozessor bis zu drei Milliarden Takte pro Sekunde ausführen kann. Moderne Prozessoren sind technisch viel komplizierter als dieses Modell. Sie können Befehle vorbereiten, parallel bearbeiten und intern stark optimieren. Für das Grundverständnis reicht aber die wichtigste Idee: Ein Computer arbeitet sehr viele kleine Befehle extrem schnell nacheinander ab.

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In einem Computer gibt es nicht nur einen einzigen Speicher. Verschiedene Speicherarten erfüllen unterschiedliche Aufgaben. Je näher ein Speicher am Prozessor liegt, desto schneller und teurer ist er meistens, aber desto kleiner ist seine Kapazität. Je weiter ein Speicher vom Prozessor entfernt ist, desto grösser und günstiger ist er meistens, aber desto langsamer ist der Zugriff.

Register befinden sich direkt in der CPU. Sie sind extrem schnell, aber nur in sehr kleiner Anzahl vorhanden. Caches liegen ebenfalls sehr nahe am Prozessor und speichern häufig benötigte Daten und Befehle zwischen. Der RAM ist deutlich grösser und enthält die aktuell laufenden Programme und deren Daten. Massenspeicher wie SSDs und Festplatten sind viel grösser und behalten Daten auch nach dem Ausschalten, arbeiten aber langsamer als RAM.

ROM steht für Read Only Memory. In heutigen PCs meint man damit meist nicht mehr einen vollständig unveränderlichen Speicher, sondern nichtflüchtigen Speicher für Firmware. Firmware ist Software, die sehr nahe an der Hardware arbeitet. Beim Start eines Computers wird Firmware wie BIOS oder UEFI ausgeführt. Sie initialisiert grundlegende Hardware, prüft wichtige Komponenten und startet anschliessend das Betriebssystem von einem Massenspeicher.

Das Motherboard, auch Hauptplatine genannt, ist die zentrale Verbindungsplattform eines Computers. Auf ihm befinden sich Steckplätze, Leiterbahnen, Chipsätze, Anschlüsse und Stromversorgungskomponenten. Die CPU sitzt in einem Prozessorsockel. RAM-Module werden in dafür vorgesehene Speichersteckplätze eingesetzt. Erweiterungskarten wie Grafikkarten nutzen schnelle Steckplätze wie PCI Express. Massenspeicher werden über M.2, SATA oder andere Schnittstellen angeschlossen. Externe Geräte nutzen Anschlüsse wie USB, HDMI, DisplayPort, Audio oder Netzwerk.

Die CPU ist das zentrale Rechen- und Steuerwerk. Sie arbeitet Programme ab, führt Berechnungen aus und koordiniert viele Abläufe. Moderne CPUs besitzen mehrere Kerne. Jeder Kern kann Aufgaben ausführen, und mit mehreren Kernen können mehrere Aufgaben besser parallel bearbeitet werden. Die Leistung einer CPU hängt nicht nur von der Taktfrequenz ab. Auch Architektur, Anzahl Kerne, Cache-Grösse, Energieverbrauch und Spezialisierungen spielen eine Rolle.

Der RAM ist der kurzfristige Arbeitsspeicher. Programme werden beim Start vom Massenspeicher in den RAM geladen, weil die CPU deutlich schneller auf RAM zugreifen kann als auf SSD oder Festplatte. Wenn zu wenig RAM vorhanden ist, muss das Betriebssystem Daten auf langsamere Speicher auslagern. Dadurch kann sich ein Computer deutlich langsamer anfühlen.

Die GPU ist auf Grafikberechnungen spezialisiert. Sie berechnet Bilder, Animationen, 3D-Szenen und Videoinhalte. Eine GPU besteht aus vielen Recheneinheiten, die ähnliche Operationen parallel ausführen können. Deshalb wird sie nicht nur für Grafik, sondern auch für bestimmte Formen wissenschaftlicher Berechnung und maschinellen Lernens verwendet. Eine separate Grafikkarte besitzt oft eigenen Videospeicher, der VRAM genannt wird.

Der Bildschirm wandelt digitale Bilddaten in sichtbares Licht um. Bei LCD-Bildschirmen steuern Flüssigkristalle, wie viel Licht durch einzelne Bildpunkte gelangt. LED bezeichnet bei vielen Bildschirmen die Hintergrundbeleuchtung eines LCD-Panels. OLED-Bildschirme benötigen keine klassische Hintergrundbeleuchtung, weil die einzelnen Pixel selbst leuchten. Wichtige Eckdaten eines Bildschirms sind Auflösung, Bildwiederholrate, Panel-Technologie, Helligkeit und Farbdarstellung.

Schnittstellen verbinden den Computer mit anderen Geräten. USB wird für viele Peripheriegeräte verwendet. HDMI und DisplayPort übertragen Bild und Ton an Monitore oder Projektoren. Ethernet verbindet den Computer per Kabel mit einem Netzwerk. WLAN und Bluetooth ermöglichen drahtlose Verbindungen. Interne Schnittstellen wie PCI Express, M.2 oder SATA verbinden Komponenten innerhalb des Gehäuses.

Die entscheidende Voraussetzung dafür, dass neue Programme auf bestehender Hardware laufen können, ist die Trennung zwischen Hardware und Programm. Ein Programm besteht aus Befehlen und Daten. Solange die CPU den benötigten Befehlssatz unterstützt, genügend Speicher vorhanden ist und das Betriebssystem die nötigen Dienste bereitstellt, kann ein neues Programm auf vorhandener Hardware ausgeführt werden.

Dabei übernehmen Betriebssysteme und Programmiersprachen eine wichtige Vermittlungsrolle. Entwicklerinnen und Entwickler schreiben Programme meist nicht direkt in Maschinensprache, sondern in höheren Programmiersprachen. Compiler oder Interpreter übersetzen diese Programme in Befehle, die auf einer bestimmten Plattform ausgeführt werden können. Das Betriebssystem stellt einheitliche Schnittstellen bereit, damit Programme Dateien öffnen, Fenster anzeigen, Netzwerkverbindungen nutzen oder Eingabegeräte abfragen können.

Trotzdem gibt es Grenzen. Ein altes Gerät kann zu wenig RAM besitzen, eine zu langsame CPU haben, bestimmte Befehlssatzerweiterungen nicht unterstützen oder keine passenden Treiber mehr erhalten. Dann kann ein modernes Programm zwar theoretisch programmierbar sein, praktisch aber zu langsam laufen oder gar nicht mehr installiert werden.

• Hardware umfasst alle physischen Bestandteile eines Computersystems.
• Software besteht aus Programmen und Daten, die von der Hardware verarbeitet werden.
• Das Betriebssystem vermittelt zwischen Anwendungen und Hardware.
• Treiber übersetzen allgemeine Betriebssystembefehle in gerätespezifische Anweisungen.
• Die Von-Neumann-Architektur speichert Programme und Daten im selben Arbeitsspeicher.
• Die CPU besteht vereinfacht aus Steuerwerk, Rechenwerk und Registern.
• Der Fetch-Decode-Execute-Zyklus beschreibt die grundlegende Befehlsverarbeitung.
• Der Bus verbindet CPU, RAM und weitere Geräte durch Daten-, Adress- und Steuersignale.
• Speicherarten unterscheiden sich in Geschwindigkeit, Kapazität, Preis und Flüchtigkeit.
• Das Motherboard verbindet die zentralen Komponenten eines Computers.

In Gruppen von drei bis vier Personen erstellen Sie ein kurzes Poster zu einer bestimmten Hardwarekomponente. Das Poster soll die Funktion und den Aufbau der Komponente erklären und die wichtigsten Informationen verständlich festhalten. Es soll so gestaltet sein, dass eine Person ohne Vorwissen die Grundidee der Komponente nachvollziehen kann.

Auf jedes Poster gehören eine eigene Skizze und mindestens eine zusätzliche Grafik. Die Skizze soll zeigen, wie die Komponente ungefähr aufgebaut ist oder wo sie sich im Computersystem befindet. Die zusätzliche Grafik kann beispielsweise ein Foto, ein vereinfachtes Schema, eine Grössenordnung, ein Vergleich oder eine Darstellung wichtiger technischer Kennzahlen sein.

Zur Vorbereitung schauen Sie das passende Video aus der Hardware-Reihe unter folgender Adresse:

Hardware-Videoreihe auf YouTube

Die Arbeitszeit beträgt 30 Minuten. Danach präsentiert ein Teammitglied das Ergebnis kurz vor der Klasse. Die Präsentation dauert maximal 120 Sekunden. Die Präsentation soll nicht alles vorlesen, sondern die zentrale Funktion der Komponente, ihren Aufbau und ihre Bedeutung im Computersystem erklären.

Die Leitfragen dienen als Orientierung für das Poster. Sie müssen nicht als Liste auf dem Poster erscheinen, sondern sollen helfen, den Inhalt sinnvoll aufzubauen.

Die CPU soll als zentrale Rechen- und Steuereinheit erklärt werden. Wichtig ist, dass das Poster den Unterschied zwischen Steuerwerk, Rechenwerk und Registern aufgreift. Die Gruppe soll zeigen, dass eine CPU Programme nicht als Ganzes versteht, sondern Befehle nacheinander verarbeitet. Eine passende Skizze kann die CPU mit Control Unit, ALU, Registern und Verbindung zum RAM darstellen.

Das Motherboard soll als zentrale Verbindungsplattform beschrieben werden. Das Poster soll zeigen, wo CPU, RAM, GPU, Massenspeicher, Stromversorgung und externe Anschlüsse ihren Platz haben. Wichtig ist, dass das Motherboard nicht selbst die eigentliche Rechenleistung erbringt, sondern Kommunikation, Stromverteilung und Erweiterbarkeit ermöglicht.

Der RAM soll als flüchtiger Arbeitsspeicher erklärt werden. Das Poster soll zeigen, weshalb Programme beim Start in den RAM geladen werden und warum zu wenig RAM ein System verlangsamen kann. Wichtig ist auch der Unterschied zwischen RAM und Massenspeicher. Eine sinnvolle Grafik kann die Speicherhierarchie vom Register bis zur SSD darstellen.

ROM soll als nichtflüchtiger Speicher für grundlegende Startsoftware verstanden werden. Bei modernen Geräten ist der Zusammenhang mit Firmware, BIOS oder UEFI wichtig. Das Poster soll erklären, dass beim Einschalten zuerst Firmware ausgeführt wird, bevor das Betriebssystem startet. Eine Skizze kann den Startablauf vom Einschalten über UEFI bis zum Betriebssystem zeigen.

Die GPU soll als Spezialprozessor für Grafik und stark parallele Berechnungen erklärt werden. Das Poster soll zeigen, weshalb eine GPU viele ähnliche Rechenoperationen gleichzeitig ausführen kann. Wichtig ist der Zusammenhang zwischen GPU, VRAM und Bildschirmanschlüssen. Eine Grafik kann den Weg von einer 3D-Szene zum fertigen Bild auf dem Monitor zeigen.

Der Bildschirm soll als Ausgabegerät erklärt werden, das digitale Bilddaten in sichtbares Licht umwandelt. Das Poster soll den Unterschied zwischen LCD, LED-Hintergrundbeleuchtung und OLED sauber darstellen. Wichtig sind Begriffe wie Pixel, Auflösung, Bildwiederholrate und Panel-Technologie. Eine Skizze kann einen vergrösserten Pixel oder den Schichtaufbau eines LCD-Bildschirms zeigen.

Schnittstellen sollen als Verbindungen zwischen Computer und Geräten erklärt werden. Das Poster soll externe Schnittstellen wie USB, HDMI, DisplayPort, Audio, Ethernet, WLAN und Bluetooth sowie nach Möglichkeit interne Schnittstellen wie PCIe, M.2 oder SATA einordnen. Wichtig ist, dass Schnittstellen nicht nur die Steckerform, sondern auch Übertragungsart, Geschwindigkeit und Einsatzzweck betreffen.

Untersuchen Sie Ihr persönliches Gerät und tragen Sie die gefundenen Eckdaten direkt in die Tabelle ein. Je nach Betriebssystem finden Sie die Angaben an unterschiedlichen Orten. Unter Windows helfen beispielsweise die Einstellungen, der Task-Manager, die Systeminformationen und der Geräte-Manager. Unter macOS finden Sie viele Angaben über „Über diesen Mac“ und den Systembericht. Unter Linux helfen je nach Distribution die Systemeinstellungen oder Terminalbefehle wie lscpu, lsblk, free -h oder lspci.

Die gefundenen Angaben sollen nicht nur abgeschrieben, sondern verstanden werden. Ein CPU-Modell sagt etwas über die Prozessorgeneration und die Leistungsklasse aus. Die Taktfrequenz beschreibt eine Geschwindigkeit, reicht aber allein nicht aus, um Prozessoren fair zu vergleichen. Die RAM-Grösse beeinflusst, wie viele Programme und Daten gleichzeitig im Arbeitsspeicher gehalten werden können. Die Grösse des Massenspeichers zeigt, wie viel langfristig gespeichert werden kann, während die Art des Speichers, zum Beispiel SSD oder HDD, stark beeinflusst, wie schnell Programme starten und Dateien geladen werden.

Bei Schnittstellen ist wichtig, welche Geräte angeschlossen werden können und welche Übertragungsgeschwindigkeit möglich ist. Bei Bildschirmen sind Auflösung und Technologie entscheidend für Schärfe, Darstellung und Energieverbrauch. Bei der GPU ist relevant, ob es sich um eine integrierte Grafiklösung oder eine separate Grafikkarte handelt.

Beantworten Sie die folgenden Fragen in ganzen Sätzen. Die Fragen dienen der Sicherung des Moduls und bereiten auf eine kurze mündliche oder schriftliche Lernkontrolle vor.

• Ein Computer besteht aus Hardware, Betriebssystem, Treibern und Anwendungsprogrammen.
• Die Hardware verarbeitet digitale Daten als elektrische Zustände.
• Das Betriebssystem verwaltet Ressourcen und stellt Programmen einheitliche Dienste bereit.
• Die Von-Neumann-Architektur erklärt, wie Programme und Daten im selben Speicher liegen und von der CPU verarbeitet werden.
• Die CPU arbeitet Befehle im Fetch-Decode-Execute-Zyklus ab.
• RAM ist schneller, flüchtiger Arbeitsspeicher für laufende Programme.
• ROM beziehungsweise Firmware startet grundlegende Hardwarefunktionen und leitet den Bootvorgang ein.
• Das Motherboard verbindet CPU, RAM, GPU, Massenspeicher und Schnittstellen.
• GPU und Bildschirm sind für die Berechnung und Darstellung visueller Informationen zuständig.
• Schnittstellen ermöglichen den Austausch von Daten mit internen und externen Geräten.
• Im Projekt werden einzelne Komponenten vertieft, visualisiert und kurz präsentiert.