AG Computer - Klaus Eifert

AG Computer - Klaus Eifert

A G C ompute r Te il 1: Er ste S chr itte O kt o b e r 2 0 1 6 [email protected] fer t.n et 1 Inhaltsverzeichnis 1. Erste Schritte . . . . . . . . . . . . ...

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A G C ompute r Te il 1: Er ste S chr itte

O kt o b e r 2 0 1 6 [email protected] fer t.n et 1

Inhaltsverzeichnis 1. Erste Schritte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 1.1. Computer einschalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 1.2. Der Desktop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1.3. Was ist das: Ein „Programm“? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1.4. Ein Programm starten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 1.5. Das Startmenü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 1.6. Die Maus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 1.7. Ausschalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 1.7.1. Warum nicht einfach ausknipsen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 1.7.2. Wie wird das Herunterfahren ausgelöst? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 2. Magnetfestplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 2.1. Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 2.2. Maßeinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 2.3. Wie viel passt auf eine Festplatte? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 2.4. Hauptbestandteile einer Festplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.5. Technische Herausforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 2.6. Erschütterungen: Der plötzliche Tod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 2.6.1. Kannst du dir das vorstellen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 2.6.2. Headcrash − Die Bruchlandung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.6.3. Wie vermeidet man solche mechanischen Unfälle? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.6.4. Lageänderungen und der Kreiseleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.7. Verschleiß: Das unabwendbare Ende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

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1. Erste Schritte 1.1. ComputEr EinSChaltEn Vermutlich ist es die größte taste an der Vorderseite, die du drücken musst. manchmal ist sie mit „power“ oder „on“ beschriftet. Vielleicht musst du an der rückseite des pCs oben gleich neben dem Stromanschluss einen kleinen Kippschalter einschalten. nun müsste ein grünes lämpchen an der Vorderseite aufleuchten, lüftergeräusch ist zu hören und nach einigen Sekunden erscheinen die ersten Zeichen auf dem Bildschirm: Der Computer überprüft sich selbst, ob alle seine Bestandteile funktionieren. Das nennt man den „BioS-Selbsttest“. Dann erscheint das Windows-logo (ein logo ist so etwas wie ein Wappen). Es dauert etwa eine minute, um die benötigten programmkomponenten von der Festplatte in den Arbeitsspeicher zu laden, bis der Computer betriebsbereit ist. „Ein programm in den arbeitsspeicher laden“ – was bedeutet das? Wenn du beispielsweise mathe-hausaufgaben machen willst, holst du zuerst das mathebuch, das heft, Schreibzeug und vielleicht noch Zirkel, Zeichendreieck und Winkelmesser aus dem ranzen und legst es übersichtlich auf deinem arbeitsplatz bereit. Dann blätterst du die richtige Seite auf und musst vielleicht noch den Bleistift spitzen, bevor du mit der eigentlichen hausaufgabe beginnen kannst. Wenn du anschließend die Deutsch-hausaufgaben machen willst, räumst du mathe weg, damit platz für Deutschbuch und -hefte wird. Denn der tisch ist zu klein, um den ganzen inhalt des ranzens übersichtlich darauf anzuordnen. Der Computer macht es ebenso: Was für dich der ranzen ist, ist beim Computer die Festplatte. Der Computer holt sich die gerade benötigten Daten und programmteile und legt sie im Arbeitsspeicher bereit. Der arbeitsspeicher ist viele tausend mal schneller als die Festplatte, leider aber viel kleiner. Wenn du fertig bist mit den hausaufgaben, räumst du deinen arbeitsplatz auf und packst den ranzen. Sonst kommt vielleicht die kleine Schwester auf die idee, deine hefte mit etwas zu bekrakeln, was sie „Bild malen“ nennt. in die Festplatte passt unheimlich viel hinein: mehrere millionen Bücher, außerdem noch Fotos, Filme, musik und auch programme. in deinem ranzen findest du jedes Buch vermutlich auf den ersten Blick. Die Festplatte braucht ein riesiges inhaltsverzeichnis. Der arbeitsspeicher hat eine Besonderheit: Sein inhalt geht bei einer Stromunterbrechung und auch beim ausschalten des pCs verloren. Deshalb muss der arbeitsspeicher nach dem Einschalten des Computers jedes mal neu „gefüllt“ werden. Diesen Startvorgang nennt man das „Hochfahren“. Statt eines Bleistifts benutzt der Computer einen Mauszeiger. auch der muss „bereitgelegt“ werden. Wie lange braucht der Computer, um den mauszeiger auf den Bildschirm zu bringen? Beobachte einmal den Computer nach dem Einschalten: Wann erscheint zum ersten mal der mauszeiger?

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abb. 1.3: Desktop von Windows 7

1.2. DEr DESKtop Wenn Windows hochgefahren ist, siehst du den „Desktop“, das englische Wort für „Schreibtisch“. auf diesem symbolischen Schreibtisch kannst du „Werkzeuge“ und Dokumente anordnen. Der Desktop sieht je nach Windows-Version etwas anders aus. auf der abbildung 1.3 wird der Desktop von Windows 7 gezeigt. Der schmale Streifen am unteren rand des Desktops ist die „Taskleiste“. • am rechten rand der taskleiste werden Datum und uhrzeit angezeigt. • Die mitte der taskleiste nennt man den „infobereich“ • Die vierfarbige Fahne im runden Feld in der linken unteren Ecke ist der „Start-Button“ (deutsch: Startknopf). Für alles, was du mit dem pC tun willst, brauchst du ein programm. • Fotos kannst du mit einem Bildbetrachterprogramm ansehen (und verschönern kannst du sie mit einem Bildbearbeitungsprogramm) • Für Briefe, Wunschzettel und Einladungen zur party brauchst du ein textprogramm. • Für das „Surfen“ im internet brauchst du einen Browser (internet-Betrachterprogramm). Über den Start-Button kannst du alle auf dem pC vorhandenen programme starten.

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1.3. WaS iSt DaS: Ein „programm“? Damit ein Computer etwas Sinnvolles tun kann, benötigt er eine liste von anweisungen, die er ausführen soll. So eine liste nennt man ein programm. Wer eine solche liste von anweisungen fehlerfrei erstellen kann, ist ein Programmierer. Du kommst nach hause und findest einen Zettel auf dem tisch, den die mutter geschrieben hat. Diese anweisungen sind ein Beispiel für ein programm: 1. geh zum Bäcker und kaufe für jeden ein Stück Kuchen. 2. Wenn du großen hunger hast, dann kaufe dir zusätzlich ein oder zwei pfannkuchen. 3. gehe zum obstladen und kaufe ein Kilo Bananen. 4. geh nach hause und iss die pfannkuchen. Den Kuchen essen wir gemeinsam. 5. mach die hausaufgaben. Das ist ein programm mit fünf anweisungen. Eine davon ist eine sogenannte bedingte anweisung (Wenn du großen hunger hast, dann...). Der anweisende und der ausführende müssen natürlich dieselbe Sprache verstehen. Wenn du nicht richtig lesen kannst, wird das mit dem Zettel nicht klappen. Was passiert, wenn die pfannkuchen ausverkauft sind oder gar der Bäcker wegen Krankheit geschlossen hat? Wirst du vor der Bäckerei stehen bleiben, bis der Bäcker wieder gesund ist? Wohl kaum. Du wirst lernen, irgendeine lösung zu finden. Das problem mit den Computern ist, dass sie weder Deutsch noch Englisch (und auch keine andere natürliche Sprache) verstehen. außerdem haben sie von den „einfachsten Dingen“ keine ahnung, alles muss man ihnen haarklein erklären. Computer, zumindest die heutigen, machen auch keine „Erfahrungen“, aus denen sie etwas lernen könnten. Für den Computer ist das obige programm voller ungenauigkeiten. 1. Welcher Bäcker ist gemeint? Was bedeutet „für jeden“? Für jeden im Bäckerladen anwesenden Kunden oder für jedes Familienmitglied? auch für im urlaub befindliche Familienangehörige? auch für die zu Besuch weilende oma? Welche Kuchensorte? 2. Wie wird die größe des hungers gemessen? ab welcher hungerstärke gilt hunger als groß genug, einen pfannkuchen zu kaufen? Vielleicht ab drei mal magenknurren pro minute? ab welchem maß an hunger ist ein zweiter pfannkuchen angemessen? 3. Welcher obstladen? Welche Bananensorte? Die billigsten Bananen oder ökologische? ganz genau ein Kilo wird nicht möglich sein. Sollen es lieber einige gramm zu viel oder einige zu wenig sein? oder soll das Kind bzw. der roboter jede Kombination von Bananen durchprobieren, um möglichst dicht an die gewünschten 1000 gramm heranzukommen? 4. pfannkuchen essen geht natürlich nur, wenn welche gekauft worden sind. 5. Die richtige Formulierung wäre: mach die hausaufgaben, falls du welche zu machen hast. Kannst du die fünf anweisungen so zu formulieren, dass sie völlig unmissverständlich sind? Erst dann könnte man ein Computerprogramm daraus machen. 5

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Die Computer der Zukunft sollen aufgaben lösen können, die weniger präzise formuliert sind und für deren lösung „Erfahrung“ nötig ist. Diese Erfahrung muss dem Computer von der Fabrik mitgegeben werden bzw. der Computer muss imstande sein zu „lernen“. mit den zukünftigen programmiersprachen programmiert man hochentwickelte auskunftssysteme, aber auch selbstfahrende autos und roboter, die sich in einem unbekannten gebiet zurechtfinden und eine aufgabe lösen sollen. Stell dir vor, du bist erwachsen. Du findest hausarbeit langweilig und hast dir einen roboter gekauft. Dein roboter müsste aus der Fabrik das folgende Wissen mitbringen: • Ein tisch ist eine ebene platte von mindestens einem halben Quadratmeter Fläche mit vier Beinen, mindestens 60 cm hoch. • Ein hocker ist eine ebene platte von weniger als einem halben Quadratmeter Fläche mit vier Beinen, höchstens 60 cm hoch. • Den tisch zu decken bedeutet: teller, untertassen und tassen auf den tisch stellen und Besteck dazulegen. • teller, tassen und untertassen sind aus Keramik. • Keramik ist leicht zerbrechlich. Der neue roboter würde zuerst eine Weile in der Wohnung umherrollen müssen, um einen lageplan zu erstellen. Dabei würde er sich merken, wo die Schränke, Stühle und tische stehen. möglicherweise musst du dir angewöhnen, Stühle nicht irgendwo herumstehen zu lassen. Vielleicht würde der roboter feststellen, dass es auch dreibeinige und gepolsterte hocker gibt sowie Beistelltische mit einer höhe unter 60 cm. Das leben ist voller ausnahmen ... Von dir müsste er noch viele konkrete Details lernen wie: • Das Wohnzimmer ist das größte Zimmer, im nordosten gelegen. • Die Besuchertassen stehen im Wohnzimmerschrank, linke tür, oberstes Fach. • Besucher essen meist am Wohnzimmertisch. Dann könnte der roboter später einmal den Kurzbefehl „tisch für zwei Besucher decken“ „verstehen“ und richtig ausführen. Wenn Du dem roboter vorher erklärt hast, dass du deine Besucher beim Essen nie allein lässt, wird er auch für dich ein gedeck bereitlegen. Schöne neue Welt ... pS.: Erinnere dich an die „kinderleichte“ aufgabe, zum Bäcker zu gehen? Würde er den Weg finden, wenn die Straße wegen einer Baustelle gesperrt ist? Was würde der roboter wohl machen, wenn der Bäcker wegen urlaub geschlossen hat? roboter haben viel mehr geduld als Kinder. Vermutlich würde er geduldig warten, bis der Bäcker wieder gesund ist oder bis du deinem roboter hinterherläufst, um nachzuschauen, wo er geblieben ist. Du würdest sehr lange brauchen, um deinen roboter für alle denkbaren Situationen zu programmieren. hoffentlich bringt er viel „grundwissen“ aus der Fabrik mit. nun, auch ein kleines Kind kann nicht allein zum Bäcker gehen. Es muss − ebenso wie ein roboter − einige Jahre lernen und üben, bis man es allein zum Bäcker schicken kann.

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1.4. Ein programm StartEn rechts vom Startbutton siehst du drei Symbole für den Internet Explorer, den Explorer und den Media-Player. Das sind die Schnellstartsymbole. Du kannst weitere programmsymbole von häufig benötigten programmen hinzufügen. Sie heißen Schnellstartsymbole, weil ein einzelner Klick auf eins der Schnellstartsymbole genügt, um das dazugehörige programm zu starten. Bei den programmsymbolen auf dem Desktop ist ein Doppelklick notwendig. Ein Klick mit der linken taste auf „Start“ öffnet das Startmenü, siehe abb. 1.4.

1.5. DaS StartmEnÜ im linken teil des Startmenüs sind häufig benutzte programme aufgelistet. Je abb. 1.4: Startmenü geöffnet, maus zeigt auf Startknopf nachdem, welche programme du in der letzten Zeit häufig benutzt hast, wird diese liste an deine gewohnheiten angepasst. Siehst du „Erste Schritte“? Wenn du darauf klickst, startet ein Windows-lernprogramm. im rechten teil findest du die Wegweiser zu den Standard-Speicherorten für Dokumente, Bilder und Musik. auf einem neuen Computer findest du dort zuerst nur Beispiel-Bilder und Beispielmusik. im rechten teil ist die Systemsteuerung sehr wichtig.

1.6. DiE mauS Wie fasst man die maus richtig an? halte die maus mit Daumen und ringfinger an den Seiten fest. Der handballen und die Spitze vom kleinen Finger liegen auf dem tisch. mit dem Zeigefinger kannst du die linke taste drücken, mit dem mittelfinger die rechte taste. normalerweise wird die linke maustaste benutzt. Wenn der mauszeiger einige Sekunden unbeweglich auf ein Symbol zeigt, erscheint oft eine „Quick-Info“. Ein kurzes Drücken und loslassen nennt man einen Klick. Das angeklickte Symbol ist dadurch markiert, es verfärbt sich. Zwei kurze Klicks innerhalb einer Viertelsekunde mit der linken taste nennt man einen Doppelklick. Wichtig: Während des/der Klicks darf der mauszeiger nicht wackeln (deshalb soll ja der handballen und vielleicht auch der unterarm auf dem tisch liegen). Statt Doppelklick gibt es eine zweite möglichkeit: markiere das gewünschte Symbol mit einem einfachen Klick. Bestätige deine auswahl nicht mit einem zweiten Klick, sondern durch Drücken der Enter-taste. 7

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Wenn du im Bild 1.4. auf den letzten menüpunkt des Startmenüs „Alle Programme“ klickst, öffnet sich ein untermenü wie rechts in Bild 1.5. hier findest du sowohl weitere programme als auch unterordner mit weiteren programmen. Wenn du ein menü verlassen willst, ohne ein programm zu starten, klicke irgendwo außerhalb vom menü auf eine leere Stelle des Desktops oder drücke die Esc-taste (in der oberen linken Ecke der tastatur). Besonders wichtig ist der unterordner „Zubehör“, den wir uns als nächstes ansehen werden. Wenn du auf den programmordner „Zubehör“ geklickt hast, findest du unter anderem:

abb. 1.5: menü „alle programme“

• „Editor“, ein einfaches Schreibprogramm, • „Eingabeaufforderung“, ein „notfall-Bedienpult“, • „Paint“, ein malprogramm, • „Rechner“, einen taschenrechner-Ersatz, • „Windows-Explorer“, einen Dateimanager, • „WordPad“, ein Schreibprogramm, • „Erleichterte Bedienung“ mit lupe und Bildschirmtastatur, • „Systemprogramme“ mit Systeminformationen und Defragmentierung. Starte doch einmal einige der einfachen programme zur probe, wie z. B. „rechner“, „paint“ oder „Erste Schritte“! probiere damit herum, du kannst mit diesen programmen nichts falsch machen! Wenn du probeweise eins der programme gestartet haben, kannst du es jederzeit beenden, indem du in der oberen rechten Ecke des programmfensters auf das kleine Kreuz klickst (weißes × auf rotem untergrund). abb. 1.6: menü „Zubehör“ 8

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Du kannst ein Fenster auch mit der tastenkombination alt-F4 schließen. Das bedeutet: Drücke die taste „alt“ und halte sie gedrückt, dann drücke kurz die taste F4, lasse F4 los und lasse danach auch die taste „alt“ wieder los.

1.7. auSSChaltEn 1.7.1. Warum nicht einfach ausknipsen? Wenn Du den Computer nicht mehr brauchst, gibt es zwei möglichkeiten: • Wenn der Computer einige Zeit (z. B. eine halbe Stunde, je nach Einstellungen) nicht benutzt wird oder wenn du den Deckel des notebooks zuklappst, geht er in den Ruhezustand. Der Stromverbrauch im ruhezustand ist winzig. Durch aufklappen des Deckels oder Betätigen einer taste wacht der Computer wieder auf. Der Vorteil: Der Computer ist sehr schnell wieder arbeitsbereit. • Du schaltest den Computer aus. Doch weil der inhalt des arbeitsspeichers beim ausschalten des pCs verloren geht, darf der pC zum arbeitsende nicht einfach „ausgeknipst“ werden. Die im arbeitsspeicher befindlichen Daten müssen vorher auf die Festplatte geschrieben, „gespeichert“ werden, sonst sind sie verloren. Das ist wie das aufräumen des arbeitsplatzes, damit nicht der kleine Bruder aus den Seiten deiner hefte Flieger faltet. Das Speichern ist nicht nur für die von dir erzeugten Daten nötig, sondern auch für interne Dateien des Betriebssystems. Den Vorgang des geordneten Beendens nennt man „herunterfahren“, engl. „Shutdown“. Den pC auszuschalten ohne vorheriges herunterfahren ist wie ein glücksspiel („russisch roulette“): irgendwann wird Windows so beschädigt sein, dass es nicht mehr startet. Was ist besser: ruhezustand oder herunterfahren? Wenn du den pC einige Stunden nicht brauchst, ist der ruhezustand sinnvoll. Wenn du ihn voraussichtlich mehrere tage nicht brauchst, solltest du ihn herunterfahren. Weil einige automatische Wartungsarbeiten (z. B. updates) nur beim herunter- und hochfahren ausgeführt werden, solltest du den pC mindestens einmal pro monat oder besser einmal wöchentlich herunterfahren. Für mobile geräte gilt eine ausnahme: Es ist nicht gut für die lebensdauer des akkus, wenn ein akku rund um die uhr geladen wird, obwohl er bereits voll ist. Spätestens vor dem Schlafengehen solltest du das laden des handys beenden und das ladegerät aus der Steckdose entfernen. Ein notebook solltest du herunterfahren und den netzteilstecker aus der Steckdose ziehen.

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1.7.2. Wie wird das herunterfahren ausgelöst? Klicke mit der linken maustaste auf das Start-Symbol (in der unteren linken Ecke des Bildschirms). im Startmenü, siehe Bild 1.4. unten rechts, gibt es eine Schaltfläche „herunterfahren“, „Computer ausschalten“ o. ä. „Schaltfläche“, englisch „Button“, sprich „batt’n“, nennt man ein Kästchen mit Schrift darin, das man anklicken kann. • Klicke auf den Button „herunterfahren“. • Wenn der Button (das anklickfeld) nicht mit „herunterfahren“ beschriftet ist, klicke auf das kleine Dreieck (wohin der mauspfeil im rechten Bild zeigt). in dem aufklappenden menü findest du alternativen zum anklicken. • Wenn die maus nicht funktioniert oder das herunterfahren aus anderem grund abb. 1.7: menü „herunterfahren“ nicht klappt, drücke kurz (höchstens eine halbe oder ganze Sekunde) auf die Einschalttaste an der Vorderfront. Das löst ein Notfall-Herunterfahren aus. nicht gespeicherte Dateien gehen unter umständen verloren. • Sollte auch das nicht klappen, bleibt nur die harte tour: Drücke die Einschalttaste für mindestens fünf Sekunden, und der pC geht aus. Das nennt man „hard-reset“. Dabei gehen nicht gespeicherte Dateien meist verloren. Beim nächsten hochfahren „rächt sich“ der pC damit, dass er dich über das richtige herunterfahren belehrt und eine ausgiebige Kontrolle der Festplatte einleitet (die du unbedingt erdulden solltest).

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2. Magnetfestplatten 2.1. GesChIChte „Hard Disk Drive“, abgekürzt hDD, ist die englische Bezeichnung für die Festplatte. Die Festplatte speichert Fotos, Musik, Videos, Dokumente und Programme in ungeheurer Zahl. IBM ist eine große amerikanische Computerfirma. Vor 60 Jahren, im Jahr 1956, hat IBM die erste Festplatte der Welt vorgeführt. Diese Festplatte war ein echtes erfolgsmodell: mehr als 1000 stück wurden hergestellt, bis IBM 1961 die Produktion einstellte.

Abb. 2.1: IBM 350 RAMAC: Die erste Festplatte der Welt

Die Festplatte bestand aus 50 scheiben mit einem Durchmesser von 60 cm, hatte 5 Megabyte Kapazität und wog eine halbe tonne. Die Platte erreichte eine Drehzahl von 1200 U/min und eine mittlere Zugriffszeit von 600 ms. Das Gehäuse war 1,5 m lang, 1,7 m hoch und 74 cm breit. Zeige mit den händen, wie groß diese Festplatte war! eine halbe tonne Gewicht ist etwa das halbe Gewicht eines kleinen Autos. 1200 Umdrehungen pro Minute sind 20 Umdrehungen in der sekunde. so schnell dreht sich ein Automotor bei langsamer Fahrt. 5 Megabyte sind fünf Millionen Byte, das ist Platz für etwa fünf Millionen Buchstaben oder für drei Fotos oder für ein Musikstück. 600 Millisekunden Zugriffszeit heißt: Daten zu finden dauert etwa eine halbe sekunde. In den folgenden Jahren wurden die Abmessungen der Festplatten kleiner. 1973 produzierte die Firma seagate Festplatten mit 8 Zoll Breite (das sind 20 Zentimeter). 1980 konnte die Breite auf 5,25 Zoll (13 cm) verringert werden. heute gibt es Festplatten von 3,5 Zoll und 2,5 Zoll (9 cm und 6 cm). Zugleich wurde die speicherkapazität größer. etwa alle drei Jahre steigt die speicherkapazität auf das Doppelte. heute hat eine Festplatte Platz für 5 000 000 Megabyte und kostet 150 €.

Abb. 2.2: IBM-Festplatten von 1979 (65 MB) waren etwas kleiner. 11

F e s t p l at t e n Wenn man den Preis einer Festplatte durch deren Kapazität teilt, erhält man den Preis pro Megabyte beziehungsweise pro Gigabyte.

2.2. MAsseINheIteN Für sehr große und sehr kleine Zahlen gibt es sogenannte „Vorsätze“. eine kennst du schon: „kilo“ bedeutet 1000. Zwei Beispiele: 1000 Gramm = 1 Kilogramm, 1000 Meter = 1 Kilometer. Mega

= 1 Million

Giga

= 1 Milliarde = 1000 × 1000 × 1000

tera

= 1 Billion

Jahr Cent/GB 1956 10 000 000,0 1980 25 000,0 2003 120,0 2005 70,0 2007 24,0 2012 7,0 2014 5,0 2016 3,5 tab. 2.1: Preis pro GByte

= 1000 × 1000 = 1000 × 1000 × 1000 × 1000

Für kleine Zahlen gilt:

Längenmaßeinheiten

Milli = 1 tausendstel

1m

Mikro = 1 Millionstel (1 tausendstel von 1 tausendstel)

1 mm = 1000 µm (Mikrometer)

Nano = 1 Milliardstel (1 tausendstel von 1 Millionstel)

1 µm = 1000 nm (Nanometer)

Piko = 1 Billionstel (1 Millionstel von 1 Millionstel)

= 1000 mm (Millimeter)

1 nm = 1000 pm (Pikometer) tab. 4.2: Maßeinheiten der Länge

2.3. WIe VIeL PAsst AUF eINe FestPLAtte? Die Festplatte ist ein Massenspeicher eine typische Buchseite (35 Zeilen zu 60 Zeichen) enthält etwa 2000 Zeichen. 5 seiten = 10 000 Zeichen (zehntausend), 50 seiten = 100 000 Zeichen (hunderttausend), 500 seiten = 1000 000 Zeichen (eine Million). Also: Um 500 Seiten zu speichern, braucht man 1 Megabyte Platz auf der Festplatte. 1 MB = 500 seiten beidseitig bedruckt sind 250 Blätter, ein stapel von 25 mm höhe. eine CD hat 700 MB Kapazität, das sind 700 × 25 mm = 17 500 mm = 17,5 Meter. Wie lang ist dein Klassenzimmer? Würde der stapel von einer Wand zur anderen reichen? eine DVD hat 4,7 Gigabyte = 4700 MB Kapazität, das sind 4700 × 25 mm = 117 500 mm = 117,5 Meter. Zum Vergleich: Das Wintergartenhochhaus in Leipzig (neben dem hauptbahnhof) ist 95 Meter hoch. eine Festplatte mit 1000 GB Kapazität = 1 000 000 MB kann einen 25 Kilometer hohen Bücherstapel speichern. Zum Vergleich: Passagierflugzeuge fliegen bis zu 12,5 km hoch. Nun weißt du, warum Festplatten als „Massenspeicher“ bezeichnet werden. Das passt eine gewaltige „Masse“ von Büchern darauf. Diese Zahlen gelten für text ohne Illustrationen. Bilder benötigen – je nach Qualität – zehn- bis hundertfach mehr an speicherplatz als reiner text.

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2.4. hAUPtBestANDteILe eINeR FestPLAtte Festplatten haben meist eine oder zwei scheiben, die auf einer gemeinsamen Achse, der „Spindel“, angeordnet sind. Die scheiben mit spindel bilden den „Plattenstapel“. Die scheiben bestehen meist aus Aluminium mit einer Magnetschicht auf beiden seiten. ein Spindelantriebsmotor erzeugt eine hohe konstante Drehzahl. Die meisten modernen Festplatten drehen mit 7200 Umdrehungen pro Minute, das sind 120 Umdrehungen pro sekunde.

Abb. 2.3: Geöffnete Festplatte

Zum Vergleich: Bei Vollgas erreicht ein PKW-Motor etwa 4000 und eine Flugzeugturbine bis zu 40 000 Umdrehungen pro Minute. Auf den Oberflächen der scheiben werden die Daten ringförmig in so genannten „Spuren“ abgelegt. Je dichter die spuren nebeneinander liegen, desto mehr Daten passen auf die Platte. Im Jahr 2013 hatten Festplatten 6000 spuren pro mm. In den spuren passen mehr als eine viertel Million Bit auf jeden Zentimeter.

Abb. 2.5: einzelteile einer Festplatte

Zu jeder Oberfläche gehört ein kombinierter Schreib-/Lesekopf, zu zwei scheiben gehören also vier Kombiköpfe. Die Köpfe sind an schwenkarmen festgemacht. Die schwenkarme bewegen sich stets gemeinsam zur gewünschten spur. Die Plattenoberfläche ist in Kreisabschnitte, so genannte „Sektoren“, unterteilt. Jeder Datenblock hat eine Adresse: Oberfläche (Kopf), spur und sektor. Die inneren spuren sind kürzer und enthalten nur etwa ein Drittel der sektoranzahl im Vergleich zu den äußeren spuren.

Abb. 2.4: Köpfe einer server-Festplatte mit acht Oberflächen 13

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2.5. teChNIsChe heRAUsFORDeRUNGeN Bei 7200 Umdrehungen pro Minute erreicht der äußere Rand einer 3,5"-Festplatte eine Geschwindigkeit von 130 km/h. Bei der schnellen Rotation wird die Luft über den scheiben mitgerissen. In diesem Luftstrom „segeln“ die aerodynamisch geformten Magnetköpfe in einem konstanten Abstand von etwa 3 nm (Nano-Meter) über der scheibe. Das sind drei Millionstel eines Millimeters! Zum Vergleich: ein haar ist 0,05 mm = 50 Mikrometer = 50 000 nm dick! Vergleiche: Wie viel mal dicker ist ein haar als die Flughöhe der Magnetköpfe? 50 000 nm / 3 nm = 16 666-mal dicker!

Der „Bodeneffekt“ stabilisiert die Flughöhe. Vielleicht kennst du den effekt vom Fliegen: Je näher das Flugzeug dem Boden kommt, desto mehr wird die Luft zwischen der tragfläche und der Landebahn zusammengepresst. Dadurch verringert sich die sinkgeschwindigkeit. Dasselbe gilt für die Köpfe der Festplatte: Je niedriger die Flughöhe ist, desto schneller vergrößert sich der Auftrieb. Dadurch pegelt sich der Kopfabstand auf einen Mittelwert ein.

0,12 nm Durchmesser eines siliciumatoms 0,25 nm Abstand Metallatome im Kristallgitter 1 nm Bitabstand auf Festplatte 3 nm Kopfabstand auf Festplatte (2012) 20 nm Kopfabstand auf Festplatte (2000) 22 nm strukturbreite in der CPU 50 nm Mittler Durchmesser eines Virus 75 nm spurabstand auf Festplatte 125 nm tiefe der Pits auf DVD 320 nm spurabstand auf Blu-ray 740 nm spurabstand auf DVD 1600 nm spurabstand auf CD 10 000 nm Grenze zwischen Fein- und Grobstaub 50 000 nm Mittlerer Durchmesser eines haares tab. 4.3: Abmessungen von Atom- bis haardurchmesser

2.6. eRsChütteRUNGeN: DeR PLötZLIChe tOD 2.6.1. Kannst du dir das vorstellen? Du hast gelesen, dass sich die Köpfe in einem Abstand von 3 Nanometern zur Oberfläche der scheibe im Gleitflug befinden. Du kannst dir das nicht vorstellen? Ich auch nicht. Die scheiben der Festplatte haben einen Durchmesser von etwa 100 Millimeter. stell dir vor, du könntest mit einem Zauberstab die Festplatte eine Million mal vergrößern. sie hätte dann einen Durchmesser von 100 Kilometern. Im gleichen Maßstab vergrößert würden die Köpfe einen Abstand von drei Millimeter von der Oberfläche der scheibe haben. Die Bits würden auf dieser Riesenscheibe in einem Abstand von 3 mm aufeinander folgen. Der Abstand zwischen den spuren würde 20 mm betragen. Daran sehen sie, warum die Köpfe so niedrig fliegen müssen: Bei einem größeren Abstand von der Oberfläche wären die Bits nicht mehr voneinander zu unterscheiden.

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F e s t p l at t e n 2.6.2. headcrash − Die Bruchlandung Ahnst du jetzt, warum erschütterungen so gefährlich für die Festplatte sind? Wenn der Kopf die Oberfläche bei 130 km/h berührt, kann man sich das wie einen mikroskopischen Flugzeugabsturz vorstellen. einen solchen Absturz nennt man einen „headcrash“. Die Oberfläche der scheiben ist mit einer hauchdünnen schutzschicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff überzogen, mit einer Dicke von wenigen Atomen. Das macht die Oberfläche sehr glatt und sehr hart. Dadurch können die scheiben und auch die Köpfe „leichte“ Kopfaufsetzer verkraften. In leichten Fällen sind einige spuren beschädigt, in schweren Fällen ist der Kopf defekt und damit die Festplatte verloren, einschließlich aller Daten. Wenn der Kopf bei einem stärkeren Aufsetzer oder bei wiederholten Aufsetzern die schutzschicht verdampft oder durchdringt, wird die Magnetschicht beschädigt. Die Daten, die sich dort befunden haben, sind dann weg. Den Datenverlust bemerkt man meist erst später. Wenn irgendwann ein Programm diesen beschädigten Jahr Kopfabstand Bereich zu lesen oder zu beschreiben versucht und das nicht gelingt, 1956 20 000 nm wird der Bereich automatisch für die weitere Benutzung gesperrt. 2000 20 nm 6 nm Wenn der Kopf bei einem stärkeren Aufsetzer beschädigt wird, wird 2006 3 nm die Festplatte zu schrott. Weil die Köpfe von Jahr zu Jahr dichter an 2012 die Festplatte heranrücken, werden Festplatten immer empfindlicher. tab. 4.4: Kopfabstand 1993 hatte eine typische Festplatte eine Kapazität von 20 MByte (0,02 Gbyte), heute das hunderttausendfache. Die Drehzahl hat sich in etwa fünfzehn Jahren von 3600 auf 7200 pro Minute verdoppelt, und der Abstand der Köpfe von der Plattenoberfläche hat sich von 20 000 nm (1956) auf 3 nm (2012) verringert.

2.6.3. Wie vermeidet man solche mechanischen Unfälle? • Der PC darf nicht kippeln. Man sollte nicht mit dem Knie oder dem staubsauger anstoßen. • Den PC niemals bewegen, wenn er eingeschaltet ist. Nach dem Ausschalten einige sekunden warten, bis die Festplatte stillsteht. • ein Notebook nicht heftig bewegen und nicht auf den Knien schaukeln, solange es eingeschaltet ist. Beachten sie: Nicht jeder stoß und jede überhitzung zerstört die Festplatte sofort. Auch kleinste schäden addieren sich und verringern die Lebensdauer.

2.6.4. Lageänderungen und der Kreiseleffekt solange sich die Festplatte dreht, darf sie keinesfalls bewegt werden! Durch die hohe Drehzahl von meist 7200 Umdrehungen pro Minute ist die scheibe der Festplatte bestrebt, ihre Lage im Raum beizubehalten, wie bei einem spielzeugkreisel. Bewegt man das Gehäuse der Festplatte, versucht die scheibe, ihre Lage im Raum beizubehalten, und verformt sich dabei. es kann zu Kopfaufsetzern kommen. Beim Basteln also den PC nicht auf die seite kippen, solange sich die Festplatte dreht. 15

F e s t p l at t e n

2.7. VeRsChLeIss: DAs UNABWeNDBARe eNDe Was passiert, wenn man den PC ausschaltet? Fliegen heißt landen – eine alte Fliegerweisheit, die auch auf die Festplatte zutrifft. Wenn die Festplatte die Drehzahl verringert, verringert sich auch der Auftrieb der Köpfe, und die Magnetköpfe „landen”. Wie geht das ohne head-Crash ab? Windows schickt den Befehl „Festplatte parken“ gegen ende des herunterfahrens. Aber auch wenn der strom unvermittelt ausfällt, gibt es keinen headcrash. Der Antriebsmotor wird zu einem Dynamo umgeschaltet. Mit der schwungmasse der spindel wird strom erzeugt, um die Köpfe in die Parkposition in der innersten spur zu bewegen. Dort ist die „Geschwindigkeit über Grund“ am kleinsten, außerdem ist die „Landebahn“ dort metallisch und hochglanzpoliert. sobald sich die Köpfe über der Landeposition befinden, erfolgt die nächste Umschaltung: Der spindelmotor arbeitet jetzt als Generatorbremse und bremst die scheiben sehr schnell ab. Die Köpfe setzen auf, der Verschleiß ist dabei minimal. Renommierte hersteller geben an, dass die Köpfe 50 000 bis 500 000 start-stop-Zyklen aushalten. Bei normaler Nutzung sollte das ausreichen. Manche Festplatten setzen ihre Köpfe auf einer halterung, genannt „Landerampe“, ab. Die Köpfe berühren die Oberfläche nicht und der Verschleiß ist minimal.

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Malen

Mit

Pa i n t

Ideen für Paint FreIhändIg malen Klicke mit dem mauszeiger auf den Bleistift (oben links im Bereich „Tools“) und bewege dann den mauszeiger auf die Zeichenfläche. Solange du die linke maustaste gedrückt hältst, kannst du mit dem mauszeiger malen.

Wenn du auf „Strichstärke“ klickst, kannst du die Breite deines „Bleistifts“ ändern. Indem du auf „1. Farbe“ klickst und dann auf eine Farbe der Palette, kannst du bunt malen. Wenn dir ein Strich nicht gelungen ist, hast du zwei möglichkeiten, das zu ändern: • Klicke auf den radiergummi im Bereich „Tools“. der mauszeiger wird zu einem viereckigem radierer. mit „Strichstärke“ kannst du die größe des radierers ändern. • halte die Taste „Strg“ gedrückt, tippe auf „z“ und lass „Strg“ los. mit dieser Tastenkombination „Strg-Z“ machst du den letzten Vorgang (den letzten Strich) rückgängig.

Formen auSProBIeren Wir wollen ein auto zeichnen und fangen mit den rädern an. Wähle die schwarze Farbe und klicke im Bereich „Formen“ auf die ellipse (das ist der name für den etwas abgeflachten Kreis). Klicke dann auf die Zeichenfläche und bewege das Fadenkreuz mit gedrückter maustaste. Wenn der Kreis die gewünschte Form hat, lass die maustaste los. Beachte: ein frisch gezeichneter Kreis ist von einem gestrichelten Viereck umgeben. du kannst eine ecke des Vierecks mit dem mauszeiger „anfassen“ und die Figur nachbessern. Wenn dir der Kreis nicht gefällt: einfach Strg-Z und noch einmal versuchen. male nun einen zweiten Kreis um den ersten herum. Klicke dann im Bereich „Tools“ auf den Farbeimer und dann in den Bereich zwischen den beiden Kreisen. Wenn du gut zielst, erhältst du einen reifen. Wenn nicht − Strg-Z und noch einmal versuchen!

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Mit

Pa i n t

KoPIeren und eInFügen ein auto braucht mehrere räder, möglichst gleich groß. Wir kopieren unser rad. Klicke dazu erst auf „auswählen“ (im Bild gelb markiert) ziehe dann ein Viereck rund um das rad. Wenn du anschließend auf „Kopieren“ klickst oder die Tastenkombination „Strg-C“ drückst, wird der Inhalt des markierungsrechtecks in die sogenannte „Zwischenablage“ kopiert. In deinem Bild verändert sich dabei nichts. die Zwischenablage ist ein unsichtbarer „Kurzzeitspeicher“, in den nur eine einzige „erinnerung“ hineinpasst. Wenn du jetzt auf „Strg-V“ drückst oder auf „einfügen“ klickst, erscheint dein rad in der linken oberen ecke. du kannst es sofort dahin schieben, wo du es haben willst. und wenn dein auto mehr als zwei räder haben soll − kein Problem. Jedes weitere „einfügen“ kopiert dir ein weiteres rad in die linke obere ecke. und wenn du zu viele räder „produziert“ hast − Strg-Z. Klicke jetzt im Bereich „Formen“ auf die gerade linie (oben links). damit kannst du schnurgerade linien ziehen. male damit eine Straße unter die reifen. achte darauf, dass die linie von rand zu rand reicht. Wähle jetzt grün für die „1. Farbe“, klicke auf den Farbeimer und schütte die Farbe auf den unteren Teil des Blattes. Ist dir die Farbe bis in den himmel geschwappt? mache es rückgängig, ziehe die „Straßenlinie“ bis zum rand und versuche es noch einmal! die Wiese können wir später mit vielen Blumen bepflanzen.

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Mit

Pa i n t

Funktion „linie“ oder „Polygon“ für rest vom auto Blume zeichnen mit dunkelgrün und rot radieren auf grünem grund: Farbe 1 zum malen (mit Pinsel), Farbe 2 für radiergummi übung: Viele Blumen kopieren an die Tafel: esc, Strg-Z, -C, -V durchgehende linie als Fahrbahn

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