Kapitel 3 – PC-Hardware

3.1 Halbleiter

Definition

Ein Halbleiter ist ein Werkstoff, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen einem Leiter und einem Nichtleiter liegt.

Eigenschaften

Beispiele

Typische Halbleitermaterialien sind:

Bedeutung

Halbleiter sind die Grundlage für viele elektronische Bauteile.

Beispiele:

Merksatz

Halbleiter sind die Grundlage moderner Elektronik.

Prüfungshinweis

Halbleiter sind wichtig zum Verständnis von Dioden, Transistoren, Chips, CPU und Speicherbausteinen.

Quellen

3.2 P-n-Übergang

Definition

Ein P-n-Übergang entsteht, wenn ein p-dotierter und ein n-dotierter Halbleiter miteinander verbunden werden.

P-dotierter Halbleiter

N-dotierter Halbleiter

Sperrschicht

Am Übergang zwischen p- und n-Schicht entsteht eine Sperrschicht.

Diese Sperrschicht lässt Strom nur unter bestimmten Bedingungen fließen.

Bedeutung

Der P-n-Übergang ist die Grundlage wichtiger elektronischer Bauteile.

Beispiele:

Merksatz

Der P-n-Übergang ist die Grundlage der Diode.

Prüfungshinweis

Beim P-n-Übergang ist wichtig zu verstehen, dass Strom nicht beliebig in beide Richtungen fließt. Dieses Verhalten wird bei der Diode genutzt.

Quellen

3.3 Elektronische Bauteile

Definition

Elektronische Bauteile sind Bestandteile elektrischer und elektronischer Schaltungen.

Sie beeinflussen oder steuern den Stromfluss in einer Schaltung.

Wichtige Bauteile

Bauteil Aufgabe
Widerstand begrenzt den Stromfluss
Kondensator speichert elektrische Ladung
Diode lässt Strom hauptsächlich in eine Richtung fließen
Transistor schaltet oder verstärkt elektrische Signale
Spule speichert Energie in einem Magnetfeld

Widerstand

Ein Widerstand begrenzt den elektrischen Strom.

Einheit:

Ohm (Ω)

Kondensator

Ein Kondensator speichert elektrische Ladung.

Einheit:

Farad (F)

Diode

Eine Diode lässt Strom hauptsächlich in eine Richtung fließen.

Sie besitzt eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung.

Transistor

Ein Transistor kann als elektronischer Schalter oder Verstärker verwendet werden.

Merksatz

Elektronische Bauteile steuern, begrenzen, speichern oder schalten elektrische Signale.

Prüfungshinweis

In IHK-Aufgaben werden häufig Grundfunktionen elektronischer Bauteile abgefragt.

Typische Fehler:

Quellen

3.4 Mainboard

Definition

Das Mainboard ist die zentrale Platine eines Computers.

Auf dem Mainboard werden die wichtigsten Komponenten eines Computers miteinander verbunden.

Wichtige Bestandteile

Bestandteil Aufgabe
CPU-Sockel Aufnahme des Prozessors
RAM-Steckplätze Aufnahme des Arbeitsspeichers
Chipsatz Steuerung der Datenübertragung
PCIe-Steckplätze Anschluss von Erweiterungskarten
BIOS/UEFI-Chip Firmware zum Starten des Systems
Anschlüsse Verbindung zu internen und externen Geräten

Aufgabe

Das Mainboard verbindet unter anderem:

Formfaktoren

Typische Mainboard-Formfaktoren sind:

Merksatz

Das Mainboard ist die zentrale Verbindungsplatine eines Computers.

Prüfungshinweis

Bei IHK-Aufgaben geht es häufig um Kompatibilität.

Wichtig sind besonders:

Quellen

3.5 Netzteil

Definition

Das Netzteil versorgt die Komponenten eines Computers mit elektrischer Energie.

Es wandelt die Netzspannung aus der Steckdose in die benötigten Gleichspannungen des Computers um.

Aufgabe

Ein Netzteil wandelt:

230 V Wechselspannung (AC)

in verschiedene Gleichspannungen (DC) um.

Typische Spannungen im PC:

Spannung Verwendung
12 V CPU, Grafikkarte, Laufwerke
5 V USB, Laufwerke, Elektronik
3,3 V Mainboard, Chipsätze, Speicher

Wichtige Eigenschaften

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt, wie effizient ein Netzteil elektrische Energie umwandelt.

Je höher der Wirkungsgrad, desto weniger Energie geht als Wärme verloren.

80 PLUS

80 PLUS ist eine Zertifizierung für den Wirkungsgrad von Netzteilen.

Beispiele:

Merksatz

Das Netzteil wandelt AC aus der Steckdose in DC für die PC-Komponenten um.

Prüfungshinweis

In IHK-Aufgaben wird häufig nach Leistung, Wirkungsgrad oder der passenden Dimensionierung eines Netzteils gefragt.

Typische Fehler:

Quellen

3.6 Gehäuse

Definition

Das Gehäuse nimmt die Hardwarekomponenten eines Computers auf und schützt sie vor äußeren Einflüssen.

Aufgabe

Das Gehäuse dient zur:

Wichtige Eigenschaften

Eigenschaft Bedeutung
Formfaktor bestimmt passende Mainboard-Größe
Belüftung wichtig für Kühlung
Laufwerksschächte Aufnahme von HDD, SSD oder optischen Laufwerken
Erweiterungsslots Platz für Erweiterungskarten
Frontanschlüsse z. B. USB, Audio, Power-Taster

Typische Bauformen

Formfaktor

Der Formfaktor des Gehäuses muss zum Mainboard passen.

Beispiele:

Merksatz

Das Gehäuse schützt die Komponenten und bestimmt, welche Hardware eingebaut werden kann.

Prüfungshinweis

Bei IHK-Aufgaben geht es häufig um Kompatibilität, Kühlung und Erweiterbarkeit.

Typische Fehler:

Quellen

3.7 CPU

Definition

Die CPU ist der Hauptprozessor eines Computers.

Sie verarbeitet Befehle und steuert zentrale Abläufe im System.

Aufgaben

Die CPU übernimmt unter anderem:

Wichtige Begriffe

Begriff Bedeutung
Taktfrequenz Geschwindigkeit des Prozessortakts
Kern eigenständige Recheneinheit innerhalb der CPU
Thread ausführbarer Programmablauf
Cache schneller Zwischenspeicher der CPU
Befehlssatz unterstützte Maschinenbefehle der CPU

Taktfrequenz

Die Taktfrequenz gibt an, wie viele Takte pro Sekunde ausgeführt werden.

Einheit:

Hertz (Hz)

Typisch:

Cache

Der Cache ist ein schneller Zwischenspeicher direkt in oder nahe der CPU.

Typische Cache-Stufen:

Merksatz

Die CPU ist die zentrale Recheneinheit eines Computers.

Prüfungshinweis

Bei IHK-Aufgaben sind besonders wichtig:

Typische Fehler:

Quellen

3.8 Externe Bussysteme

Definition

Externe Bussysteme verbinden den Computer mit externen Geräten.

Sie dienen zur Übertragung von Daten, Signalen oder Strom.

Aufgabe

Externe Bussysteme ermöglichen den Anschluss von:

Wichtige externe Schnittstellen

Schnittstelle Verwendung
USB universelle Schnittstelle für Peripheriegeräte
HDMI Bild- und Tonübertragung
DisplayPort Bild- und Tonübertragung
Thunderbolt schnelle Daten-, Bild- und Stromübertragung
Ethernet Netzwerkverbindung
Audio Ein- und Ausgabe von Tonsignalen

USB

USB ist eine universelle Schnittstelle für viele externe Geräte.

Typische Geräte:

HDMI und DisplayPort

HDMI und DisplayPort übertragen Bild- und Tonsignale.

Typische Geräte:

Ethernet

Ethernet dient zur kabelgebundenen Netzwerkverbindung.

Typische Anschlüsse:

Merksatz

Externe Bussysteme verbinden den Computer mit Geräten außerhalb des Gehäuses.

Prüfungshinweis

Bei IHK-Aufgaben wird häufig nach dem passenden Anschluss für ein Gerät gefragt.

Typische Fehler:

Quellen

3.9 Speicher

Definition

Speicher dienen dazu, Daten und Programme in einem Computersystem abzulegen.

Man unterscheidet zwischen flüchtigem Speicher und nichtflüchtigem Speicher.

Flüchtiger Speicher

Flüchtiger Speicher verliert seine Daten, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Beispiel:

Nichtflüchtiger Speicher

Nichtflüchtiger Speicher behält seine Daten auch ohne Stromversorgung.

Beispiele:

Wichtige Speicherarten

Speicherart Bedeutung
RAM Arbeitsspeicher
ROM Nur-Lese-Speicher
Cache schneller Zwischenspeicher
SSD nichtflüchtiger Massenspeicher
HDD magnetischer Massenspeicher

RAM

RAM ist der Arbeitsspeicher eines Computers.

Er speichert Daten und Programme, die gerade verwendet werden.

ROM

ROM ist ein Speicher, der normalerweise nur gelesen wird.

Er enthält häufig feste Programme oder Firmware.

Cache

Der Cache ist ein besonders schneller Zwischenspeicher.

Er beschleunigt den Zugriff auf häufig benötigte Daten.

Merksatz

RAM ist schnell, aber flüchtig.
SSD und HDD speichern Daten dauerhaft.

Prüfungshinweis

In IHK-Aufgaben werden häufig RAM, ROM, Cache und Massenspeicher unterschieden.

Typische Fehler:

Quellen

3.10 Grafikkarte

Definition

Die Grafikkarte berechnet die Bildausgabe eines Computers und gibt das Bildsignal an einen Monitor aus.

Aufgabe

Die Grafikkarte übernimmt unter anderem:

Wichtige Bestandteile

Bestandteil Aufgabe
GPU Grafikprozessor
VRAM Videospeicher
Kühlsystem Wärmeabfuhr
Videoausgänge Anschluss von Monitoren

GPU

Die GPU ist der Grafikprozessor der Grafikkarte.

Sie berechnet die Bilddaten.

VRAM

Der VRAM ist der Videospeicher der Grafikkarte.

Er speichert unter anderem:

Videoausgänge

Typische Anschlüsse sind:

Merksatz

Die Grafikkarte berechnet und liefert das Bildsignal für den Monitor.

Prüfungshinweis

Bei IHK-Aufgaben sind besonders wichtig:

Typische Fehler:

Quellen

3.11 Sensoren und Aktoren

Definition

Sensoren erfassen physikalische Größen und wandeln sie in elektrische Signale um.

Aktoren wandeln elektrische Signale in eine Aktion oder Bewegung um.

Sensoren

Sensoren nehmen Werte aus der Umgebung auf.

Beispiele:

Sensor Erfasste Größe
Temperatursensor Temperatur
Lichtsensor Helligkeit
Bewegungssensor Bewegung
Drucksensor Druck
Feuchtigkeitssensor Feuchtigkeit

Aktoren

Aktoren führen eine Aktion aus.

Beispiele:

Aktor Aktion
Motor Bewegung
Relais Schalten
LED Licht ausgeben
Lautsprecher Schall ausgeben
Ventil Durchfluss steuern

Unterschied

Sensor Aktor
nimmt Informationen auf führt eine Aktion aus
Eingabe Ausgabe
misst Werte wirkt auf die Umgebung ein

Merksatz

Sensoren erfassen.
Aktoren handeln.

Prüfungshinweis

In IHK-Aufgaben wird häufig zwischen Eingabe und Ausgabe unterschieden.

Typische Fehler:

Quellen

3.12 Erweiterungskarten

Definition

Erweiterungskarten sind zusätzliche Steckkarten, mit denen ein Computer um weitere Funktionen erweitert werden kann.

Sie werden meist in einen PCIe-Steckplatz auf dem Mainboard eingesetzt.

Aufgabe

Erweiterungskarten ergänzen Funktionen, die nicht oder nicht ausreichend auf dem Mainboard vorhanden sind.

Beispiele:

Typische Erweiterungskarten

Erweiterungskarte Aufgabe
Grafikkarte Bildausgabe und Grafikberechnung
Soundkarte Audioein- und -ausgabe
Netzwerkkarte Netzwerkverbindung
WLAN-Karte drahtlose Netzwerkverbindung
RAID-Controller Verwaltung mehrerer Laufwerke
USB-Erweiterungskarte zusätzliche USB-Anschlüsse

PCIe

PCIe steht für Peripheral Component Interconnect Express.

PCIe ist ein internes Bussystem für Erweiterungskarten.

Wichtige Kriterien

Merksatz

Erweiterungskarten erweitern den Computer um zusätzliche Funktionen.

Prüfungshinweis

Bei IHK-Aufgaben geht es häufig um die passende Erweiterungskarte für einen bestimmten Einsatzzweck.

Typische Fehler:

Quellen

3.13 USV

Definition

Eine USV ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung.

Sie versorgt angeschlossene Geräte bei Stromausfall für eine begrenzte Zeit weiter mit elektrischer Energie.

Aufgabe

Eine USV schützt vor:

Einsatzbereiche

USV-Anlagen werden häufig eingesetzt bei:

Wichtige Begriffe

Begriff Bedeutung
Überbrückungszeit Zeit, die Geräte bei Stromausfall weiterlaufen
Akkukapazität gespeicherte Energie der USV
Last angeschlossene Verbraucher
Scheinleistung Angabe meist in VA

Arten von USV

USV-Art Beschreibung
Offline-USV einfache Absicherung bei Stromausfall
Line-Interactive-USV zusätzlicher Schutz bei Spannungsschwankungen
Online-USV dauerhaft geregelte Stromversorgung

Merksatz

Eine USV verhindert nicht den Stromausfall, sondern überbrückt ihn für eine begrenzte Zeit.

Prüfungshinweis

Bei IHK-Aufgaben ist wichtig:

Quellen