Fernkurs IT-Grundlagen

Die Computer-Hardware setzt sich aus einer Vielzahl von Komponenten zusammen, die in ihrer Gesamtheit die Funktionalität eines Computersystems gewährleisten. Die Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), der Arbeitsspeicher (RAM), die Festplatte sowie das Motherboard gehören zu den wichtigsten Hardware-Komponenten. Die einzelnen Komponenten des Systems übernehmen spezifische Funktionen und beeinflussen die Leistungsfähigkeit des Computersystems.

Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)

Die CPU, in der Literatur vielfach als "Gehirn" des Computers bezeichnet, ist für die Ausführung von Befehlen und Berechnungen verantwortlich, welche für die Verarbeitung von Daten erforderlich sind. Zu den wesentlichen Charakteristika der CPU zählen:

• Taktfrequenz: Die Geschwindigkeit der CPU, gemessen in Gigahertz (GHz), bestimmt, wie viele Befehle pro Sekunde verarbeitet werden können (vgl. Smith, 2021).
• Kerne: Moderne CPUs verfügen über mehrere Kerne, was bedeutet, dass sie mehrere Aufgaben gleichzeitig (Multitasking) ausführen können (vgl. Müller, 2022).

Abbildung 8: CPU-Prozessor

Arbeitsspeicher (RAM)

Der RAM ist der temporäre Speicher eines Computers, der Daten und Programme speichert, die die CPU benötigt, um schnell auf sie zugreifen zu können.
Wichtige Punkte zum RAM sind:

• Speicherkapazität: Die Größe des RAM, gemessen in Gigabyte (GB), beeinflusst die Anzahl der Programme, die gleichzeitig ausgeführt werden können (vgl. Weber, 2020).
• Geschwindigkeit: Die Geschwindigkeit des RAM, gemessen in Megahertz (MHz), beeinflusst die Datenübertragungsrate zwischen RAM und CPU (vgl. Schmidt, 2021).

Für ein gutes Arbeiten in einem Unternehmen empfiehlt sich ein Arbeitsspeicher von min. 8 GB, für den Heimgebrauch (PC-Spiele ausgenommen) min. 4 GB.

Abbildung 9: RAM-Speicherkarten

Festplatte

Festplatten sind Speichermedien, auf denen Daten dauerhaft gespeichert werden.
Es gibt verschiedene Arten von Festplatten:

• HDD (Hard Disk Drive): Traditionelle Festplatten, die mechanische Teile verwenden, um Daten zu lesen und zu schreiben. Sie sind kostengünstig, aber langsamer im Vergleich zu SSDs (vgl. Keller, 2021).
• SSD (Solid State Drive): Neuere Speichermedien, die keine beweglichen Teile haben und schneller sind als HDDs, was zu schnelleren Boot- und Ladezeiten führt (vgl. Klein, 2020).

Abbildung 10: Festplatte

Motherboard

Das Motherboard ist die Hauptplatine eines Computers, die alle anderen Komponenten miteinander verbindet. Wichtige Funktionen des Motherboards sind:

• Stromversorgung: Es verteilt die Stromversorgung an die verschiedenen Komponenten (vgl. Hoffmann, 2022).
• Erweiterungssteckplätze: Es bietet Steckplätze für zusätzliche Hardware wie Grafikkarten, Netzwerkkarten und RAM (vgl. Becker, 2021).

Grafikkarte (GPU)

Grafikkarten (GPU = „Graphics Processing Unit“) sind besonders leistungsstarke Hardwarekomponenten, die für die Verarbeitung von visuellen Daten und die Ausgabe von Bildern auf dem Bildschirm verantwortlich sind. Sie sind entscheidend für Aufgaben wie:

• Gaming: Moderne Spiele erfordern schnelle und hochauflösende Grafikausgaben.
• 3D-Rendering: Für Animationen, Design und 3D-Modellierung wird eine starke GPU benötigt.
• Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen: GPUs sind aufgrund ihrer Fähigkeit, viele Berechnungen gleichzeitig durchzuführen, ideal für parallele Verarbeitung und werden oft in KI-Systemen eingesetzt.

Diese beiden Modelle unterscheiden sich grundlegend in ihrer Struktur, Handhabung und den Anwendungsfällen.

Relationale Datenbanken basieren auf einem strukturierten Datenmodell, welches eine Organisation der Daten in Tabellenform vorsieht. Jede Tabelle ist in Zeilen (Datensätze) und Spalten (Felder) unterteilt, wobei die Daten durch Beziehungen miteinander verknüpft werden. Dieses Modell ermöglicht die Verwendung von SQL (Structured Query Language), um Daten zu manipulieren und abzurufen.

Die wesentlichen Charakteristika relationaler Datenbanken lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Datenintegrität: Relationale Datenbanken gewährleisten durch Constraints (Einschränkungen) und referentielle Integrität, dass die Daten konsistent und korrekt bleiben (vgl. Elmasri & Navathe, 2016).
2. Transaktionen: Sie unterstützen ACID-Eigenschaften (Atomicity, Consistency,
   Isolation, Durability), die sicherstellen, dass Datenbanktransaktionen zuverlässig und fehlerfrei durchgeführt werden.
3. Standardisierte Abfragesprache: SQL ist der Standard für das Abfragen und Verwalten von Daten, was eine einheitliche und effektive Interaktion mit der Datenbank ermöglicht (vgl. Connolly & Begg, 2020).

Beispiel einer relationalen Datenbank

Beispiele für relationale Datenbanksysteme sind, wie bereits erwähnt, MySQL, PostgreSQL und Oracle® Database.

Im Gegensatz zu den relationalen Datenbanken, die eine feste Struktur aufweisen, haben NoSQL-Datenbanken eine flexiblere Möglichkeit zur Speicherung und Verwaltung von Daten. Sie finden sich überwiegend bei der Verarbeitung unstrukturierter oder semi-strukturierter Daten, da diese in den typischen tabellarischen Formaten relationaler Datenbanken nur schwer untergebracht werden können.

Zu den Hauptmerkmalen nicht-relationaler Datenbanken zählen wir:

• Flexibilität: Diese Datenbanken ermöglichen es, verschiedene Datentypen zu speichern, ohne dass eine vorherige Definition von Strukturen erforderlich ist (vgl. Date, 2021). Dies ist besonders vorteilhaft in dynamischen Umgebungen, in denen sich die Anforderungen häufig ändern.
• Skalierbarkeit: Nicht-relationale Datenbanken sind in der Regel horizontal skalierbar, was bedeutet, dass sie durch Hinzufügen weiterer Server oder Knoten wachsen können. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen mit großen Datenmengen oder hohem Verkehrsaufkommen.
• Diverse Datenmodelle: Es gibt verschiedene Arten nicht-relationaler Datenbanken, darunter dokumentenorientierte Datenbanken (z.B. MongoDB®), schlüsselwertbasierte Stores (z.B. Redis®) und Graphdatenbanken (z.B. Neo4j®).
• Dokumentenstruktur: Jedes Produkt wird als Dokument gespeichert, das in einem flexiblen JSON-ähnlichen Format vorliegt. Das ermöglicht eine einfache und dynamische Datenstruktur.
• Hierarchische Daten: Die technischen Spezifikationen sind direkt im Dokument enthalten und können in verschiedenen Formaten vorliegen.
• Flexibilität: Neue Felder können problemlos hinzugefügt werden, ohne die gesamte Datenbankstruktur ändern zu müssen.

Ein Beispiel für einen Dateneintrag in einer nicht-relationalen Datenbank:

{

  "_id": "1",

  "name": "Laptop",

  "brand": "Dell",

  "price": 899.99,

  "category": "Elektronik",

  "specs": {

    "processor": "Intel i7",

    "ram": "16GB",

    "storage": "512GB SSD"

  },

  "inStock": true

}