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Informatik

InformatikWikipedia.jpg ist ein Zweig der WissenschaftWikipedia.jpg, die physisch wie virtuell mit ComputernWikipedia.jpg arbeitet. Informatik ist ein sehr breites Thema und enthält viele Aspekte: Programmierung, Hardware-Entwicklung und Montage, mathematische Algorithmen und so weiter und so fort. Das Ziel von Scratch ist die Programmierung, damit gemeint ist Computersoftware, Spiele und mehr, Kindern beizubringen. Im Laufe der Jahre ist die Informatik stark fortgeschritten, wie man es auch an der neuen Technologie sieht.

Programmieren

Programmieren ist das entwickeln von Code bzw. Programmen, die meistens auf einem Zielgerät laufen. Es gibt zwei Hauptypen zu programmieren: mit text-basierten oder grafisch-basierten Programmier-Sprachen. Text-basierte Sprachen lassen den Entwickler alles in einer vorher bestimmten Form, dem Syntax, aufschreiben, was das Programm dann ausführt. Grafische Programmiersprachen stellen den Code in Bildern oder Grafiken bereit, aus denen man sich das Programm einfacher zusammenbauen kann.

Algorithmen

Ein wichtiger Teil der Informatik ist auch das Beschäftigen mit Algorithmen. Algorithmen sind präzise Verarbeitungsvorschriften (Programme) die auch von Maschinen ausgeführt werden können, einfach gesagt ein Teil des Programms, der selbständig arbeitet.Informatiker bemühen sich Algorithmen zu entwickeln, welche in zweierlei effizient sind: Platz und Zeit.

Hardware

Hardware nennt man die physichen Bestandteile eines Computers. Die Hauptbestandteile sind:

  • CPU: Zentraleinheit
  • GPU: Grafikkarte
  • RAM: Arbeitsspeicher
  • Speichermedien
  • Netzteil
  • Hauptplatine
  • Monitor

Prozessor

Der Prozessor berechnet, analysiert und verabeitet Daten und führt das Berechnete in Form eines Befehls aus. Heutzutage kennt man fast nur noch Mikro-Prozessoren die aus bearbeitetem Sillikon bestehen. Er enthält Millionen Transistoren die als Schalter für den logischen Kreislauf dienen, in dem die Daten verarbeitet werden. Einzelne Prozessor Einheiten könen auch als mehrere Prozessoren funktionieren, dass nennt man dan Multi-core-Prozessoren( de: mehrfach-Kern-Prozessoren). Diese verbessern das Multi-Tasking des Prozessors. Der Zwischenspeicher ist dafür da, berechnete Daten vorrübergehend zu speichern, um mit ihnen weiterrechnen zu können.

Wie Prozessoren aktuell Daten verarbeiten ist selbst auf einem einfach erklärtem Niveau schwierig zu verstehen. Prozessoren bestehen aus Einheiten die aufgrund eines elektrischen Vorgangs in einem bestimmten Zustand sind: 0 oder 1. Mit vielen solcher Einheiten werden dann die Daten verarbeitet und können verwendet werden oder abgespeichert werden. Diese Einheiten werden Bits genannt. Die Taktfrequenz, die höhe der durchlaufenen Runden, wird heute in GHz angegeben.

Missverständnisse

Viele vermuten bei einer höheren Taktfrequenz einen schnelleren oder besseren Prozessor. Das ist falsch da noch einige weitere Faktoren hier mit rein spielen. Eine Runde kann man als ein elektrisches Signal sehen, welches in der Transistorenlogik eine Rechnung durchführt.

Ein alter mit der selben Taktfrequenz wie ein neuer Prozessor wird nicht genauso gut arbeiten, weil die Menge der durchgeführten Befehle pro Runde weniger sind. Das nennt man den IPC ("instructions-per-cycle" also Befehle-pro-Runde). Widerum werden von Prozessoren meistens 2-3 Milliarden Runden pro Sekunde durchgeführt.

Weiterhin hat eine höhere IPC anstatt einer hohen Taktfrequenz den Vorteil das weniger Wärme entsteht da weniger Eletrizität benötigt wird. Wenn ein Prozessor höher Frequenziert ist, wird mehr Elektrizität benötigt um die höhere Taktfrequenz aufrecht zu erhalten, was in mehr Wärme resultiert. Weniger aber effizienterere Runden sind also besser für weniger Hitze und weniger Eletrizität.

Grafikkarte

Wärende der Prozessor Daten berechnet und mathematische Aufgaben erfüllt, ist es Aufgabe der Grafikkarte Grafiken aus Daten zu erstellen. Die erstellten Grafiken können dann auf einem Monitor angezeigt werden. Prozessoren können auch Grafiken erstellen, bei komplizierten Grafiken wie bei 3D Spielen wird aber eine Grafikarte benötigt. GPU können nämlich auch mit Schatten, Farben und weiteren grafischen Effekten umgehen. So kann man mehr aus Spielen oder Programmen rausholen.

Grafikkarten könne in den Prozessoren implementiert oder extern sein. Die Haupthersteller von Grafikarten sind Intel, Nividia und AMD. Intel's Grafikkarten sind meistens in den Prozessoren mit eingebaut, Nividia sind oft extern und AMD stellt beides her. Implementierte GPU's sind oft in Laptops zu finden, externe sind eher in PC's verbaut.

Arbeitsspeicher

Um Verwirrung zu verhindern steuert der RAM alle temporären Daten die das Programm verwendet oder der Prozessor allgemein benötigt. Wärende auf Speichermedien die Daten lngfristig gespeichert werden, sichert der Arbeitsspeicher nur die Daten die momentan verwendet werden, wie z.B. der Momentane Wert einer Variable in einem Spiel. Umso mehr Arbeitspeicher ein Computer hat, umso mehr Programme kann er parallel arbeiten lassen.

Speichermedium

Die Speichermedien eines Computers enthalten alle Daten in Binärcode gespeichert. Dies ist auch die einzige Aufgabe eines Speichermediums. Es gibt SSD- und HDD-Festplatten.

Netzteil

Das Netzteil (oder auch bei Laptops Ladegerät genannt) verbindet den Computer mit dem Stromanschluss, im normalfall einer Steckdose.

Hauptplatine

Die Hauptplatine besitzt viele Stecker und Verbindungen. Hier werden alle Teile miteinander verbunden und "tauschen sich aus". Je nach Computer können auch einzelne Teile komplett auf die Hauptplatine (oft auch im deutschen Motherboard genannt) gelötet.

Monitor

Der Monitor oder Bildschirm ist der Haupt-Output. Hier werden die meisten Informationen an den Benutzer weitergegeben. Dementsprechend ist der Monitor auch Teil des Interfaces, die Schnittpunkte zwischen Benutzer und Computer.