Aus Das deutschsprachige Scratch-Wiki

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 Programmiersprachen. 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 Kategorien effizient sind: Platz und Zeit.

Computer

Der Computer ist eines der wichtigsten Dinge in der Informatik - schließlich beschäftigen sich Informatiker tagtäglich mit ihnen. Computer bestehen aus Hardware und Software und sind in sehr vielen Geräten des Alltags untergebracht - sowohl Musikanlagen als auch Bankautomaten, Autos und Navigationsgeräte nutzen Computer.

Hardware

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

  • CPU (Central Processing Unit): Prozessor
  • GPU (Graphics Processing Unit): Grafikkarte
  • RAM (Random Access Memory): Arbeitsspeicher
  • Speichermedien (Festplatte, SD-Karte etc.)
  • Netzteil
  • Hauptplatine
  • Monitor (manchmal auch Display genannt)

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 Sillizium 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 oder abgespeichert werden. Diese Einheiten werden Bits genannt. Die Taktfrequenz, die Anzahl 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 arbeitender Prozessor, wird nicht genauso gut wie der neue arbeiten, weil die Menge der durchgeführten Befehle pro Runde weniger sind. Das nennt man den IPC ("instructions-per-cycle", also "Befehle-pro-Runde"). Von Prozessoren werden meistens 2-3 Milliarden Runden pro Sekunde durchgeführt.

Weiterhin hat eine höhere IPC anstatt einer hohen Taktfrequenz den Vorteil, dass 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 effizientere Runden sind also besser für weniger Hitze und weniger Eletrizität.

Grafikkarte

Wärend 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 herausholen.

Grafikkarten können in den Prozessoren implementiert oder extern untergebracht sein. Die Haupthersteller von Grafikarten sind Intel, Nividia und AMD. Intels Grafikkarten sind meistens in den Prozessoren mit eingebaut, Nividia-Grafikkarten sind oft extern untergebracht und AMD stellt beide Typen her. Implementierte GPUs sind oft in Laptops zu finden, externe sind eher in PCs verbaut.

Arbeitsspeicher

Um Verwirrung zu verhindern, steuert der RAM alle temporären Daten, die das Programm verwendet oder die der Prozessor allgemein benötigt. Während auf Speichermedien die Daten langfristig gespeichert werden, sichert der Arbeitsspeicher nur die Daten, die momentan verwendet werden, wie z.B. der momentane Wert einer Variable in einem Spiel. Je mehr Arbeitsspeicher ein Computer hat, desto 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 (bei Laptops auch Ladegerät genannt) verbindet den Computer mit dem Stromanschluss, im Normalfall also 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 sein.

Monitor

Der Monitor oder Bildschirm ist der Haupt-Ausgang. Hier werden die meisten Informationen in Form von Bildern an den Benutzer weitergegeben. Auch Du liest diesen Text wahrscheinlich gerade vom Monitor ab. Dementsprechend ist der Monitor auch Teil der Interfaces, also der Schnittpunkte zwischen Benutzer und Computer. Es gibt allerdings auch Computer ohne Monitore - denn selbst in Autos gibt es Computer. Ein weiteres Beispiel sind Computer in Flugzeugen, bei denen auch manche ohne Monitore auskommen.

Software

Die Software ist der Teil eines Computers, der ihn überhaupt steuert - denn ein Computer ohne Software würde nicht funktionieren, es muss ja Programme geben, damit er überhaupt seinen Sinn erfüllt.

Betriebssystem

Das Betriebssystem eines Computers sorgt für die Benutzeroberfläche, die Du als Benutzer wahrnimmst - über sie öffnest Du Programme, wie zum Beispiel den Browser, der Dir die Seite mit diesem Text gerade anzeigt. Oder auch den Scratch 2 Offline Editor, wenn Du diesen installiert hast. Das Betriebssystem hilft Dir auch dabei, dich in den vielen Programmen zurechtzufinden - oder weißt Du, wie man ein Programm mithilfe eines Befehls öffnen kannst?

Spiele

Auch die Spiele, die sich vielleicht auf Deinem Computer befinden, sind Teil der Software - genauso wie Deine Scratch-Projekte.



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