Kapitel 3 – PC-Hardware 3.1 Halbleiter Definition Ein Halbleiter ist ein Werkstoff, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen einem Leiter und einem Nichtleiter liegt. Eigenschaften leitet schlechter als ein Leiter leitet besser als ein Nichtleiter Leitfähigkeit kann beeinflusst werden Grundlage vieler elektronischer Bauteile Beispiele Typische Halbleitermaterialien sind: Silizium Germanium Bedeutung Halbleiter sind die Grundlage für viele elektronische Bauteile. Beispiele: Diode Transistor Mikrochip CPU Speicherbaustein Merksatz Halbleiter sind die Grundlage moderner Elektronik. Prüfungshinweis Halbleiter sind wichtig zum Verständnis von Dioden , Transistoren , Chips , CPU und Speicherbausteinen . Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker DIN EN IEC 60050 – Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch 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 besitzt viele positive Ladungsträger diese positiven Ladungsträger nennt man Löcher N-dotierter Halbleiter besitzt viele freie Elektronen Elektronen sind negative Ladungsträger 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: Diode Transistor Solarzelle LED 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 IT-Handbuch für Fachinformatiker DIN EN IEC 60050 – Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch 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: Diode und Transistor verwechseln. Widerstand und Kondensator verwechseln. Durchlassrichtung und Sperrrichtung der Diode nicht beachten. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker DIN EN IEC 60050 – Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch 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: CPU RAM Massenspeicher Grafikkarte Netzteil Peripheriegeräte Formfaktoren Typische Mainboard-Formfaktoren sind: ATX Micro-ATX Mini-ITX Merksatz Das Mainboard ist die zentrale Verbindungsplatine eines Computers. Prüfungshinweis Bei IHK-Aufgaben geht es häufig um Kompatibilität . Wichtig sind besonders: CPU-Sockel RAM-Typ Formfaktor Anschlüsse Erweiterungssteckplätze Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 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 Leistung in Watt (W) Wirkungsgrad Anschlüsse Schutzschaltungen Formfaktor 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: 80 PLUS Bronze 80 PLUS Silver 80 PLUS Gold 80 PLUS Platinum 80 PLUS Titanium 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: Watt mit Volt verwechseln. Netzteil zu knapp dimensionieren. Wirkungsgrad nicht berücksichtigen. Wechselspannung und Gleichspannung verwechseln. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 3.6 Gehäuse Definition Das Gehäuse nimmt die Hardwarekomponenten eines Computers auf und schützt sie vor äußeren Einflüssen. Aufgabe Das Gehäuse dient zur: Aufnahme der Komponenten Befestigung von Mainboard, Netzteil und Laufwerken Führung des Luftstroms Abschirmung elektromagnetischer Störungen Schutz vor Staub und mechanischer Beschädigung 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 Tower Midi-Tower Mini-Tower Desktop-Gehäuse Rack-Gehäuse Formfaktor Der Formfaktor des Gehäuses muss zum Mainboard passen. Beispiele: ATX Micro-ATX Mini-ITX 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: Mainboard-Formfaktor nicht beachten. Grafikkartenlänge nicht beachten. Netzteilformfaktor nicht beachten. Luftstrom im Gehäuse vernachlässigen. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 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: Ausführen von Programmbefehlen Rechnen mit Daten Steuern von Abläufen Koordinieren von Komponenten 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: MHz GHz Cache Der Cache ist ein schneller Zwischenspeicher direkt in oder nahe der CPU. Typische Cache-Stufen: L1-Cache L2-Cache L3-Cache Merksatz Die CPU ist die zentrale Recheneinheit eines Computers. Prüfungshinweis Bei IHK-Aufgaben sind besonders wichtig: Taktfrequenz Kerne Threads Cache Kompatibilität zum Mainboard-Sockel Typische Fehler: GHz allein sagt nicht vollständig aus, wie schnell eine CPU ist. CPU-Sockel und Mainboard müssen kompatibel sein. Cache ist nicht dasselbe wie RAM. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 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: Tastatur Maus Drucker Scanner externen Festplatten Monitoren Netzwerkgeräten 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: Tastatur Maus USB-Stick externe Festplatte Drucker HDMI und DisplayPort HDMI und DisplayPort übertragen Bild- und Tonsignale. Typische Geräte: Monitor Fernseher Beamer Ethernet Ethernet dient zur kabelgebundenen Netzwerkverbindung. Typische Anschlüsse: RJ45 LAN-Port 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: HDMI und DisplayPort mit USB verwechseln. Ethernet nicht als Netzwerkschnittstelle erkennen. Datenrate, Steckertyp und Verwendungszweck nicht unterscheiden. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker USB-IF Spezifikation IEEE 802.3 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: RAM Nichtflüchtiger Speicher Nichtflüchtiger Speicher behält seine Daten auch ohne Stromversorgung. Beispiele: SSD HDD USB-Stick Speicherkarte ROM 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: RAM mit Massenspeicher verwechseln. Cache mit RAM verwechseln. flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher verwechseln. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 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: Berechnung von Bilddaten Ausgabe des Bildsignals Entlastung der CPU bei Grafikberechnungen Darstellung von 2D- und 3D-Grafik 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: Bilddaten Texturen Grafikdaten Videoausgänge Typische Anschlüsse sind: HDMI DisplayPort DVI VGA Merksatz Die Grafikkarte berechnet und liefert das Bildsignal für den Monitor. Prüfungshinweis Bei IHK-Aufgaben sind besonders wichtig: Anschlussart Auflösung Bildwiederholrate Videospeicher Kompatibilität zum Mainboard und Netzteil Typische Fehler: GPU und CPU verwechseln. VRAM mit RAM verwechseln. Monitoranschluss und Grafikkartenanschluss nicht vergleichen. Strombedarf der Grafikkarte nicht beachten. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 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: Sensoren und Aktoren verwechseln. Einen Motor als Sensor einordnen. Einen Temperatursensor als Aktor einordnen. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 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: zusätzliche Anschlüsse bessere Grafikleistung bessere Soundausgabe zusätzliche Netzwerkschnittstellen spezielle Schnittstellen 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 passender Steckplatz verfügbare PCIe-Lanes Treiberunterstützung Stromversorgung Platz im Gehäuse Kompatibilität zum Betriebssystem 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: Erweiterungskarte und externes Gerät verwechseln. PCIe-Steckplatz nicht beachten. Treiber oder Betriebssystem-Kompatibilität vergessen. Strombedarf leistungsstarker Karten nicht berücksichtigen. Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker 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: Stromausfall Spannungsschwankungen Überspannung kurzzeitigen Netzstörungen Einsatzbereiche USV-Anlagen werden häufig eingesetzt bei: Servern NAS-Systemen Netzwerkkomponenten wichtigen Arbeitsplätzen Kassensystemen 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: USV ≠ Backup USV schützt vor Stromausfall, nicht vor Datenverlust durch falsche Bedienung USV muss zur angeschlossenen Last passen Überbrückungszeit ist begrenzt Quellen IT-Handbuch für Fachinformatiker