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GIV (Fach) / Betriebssysteme 1.1 und 1.2 (Lektion)

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• Wozu Betriebssysteme? Arbeit mit Rechner für Benutzer so einfach wie möglich gestalten: Anwendungen richtig ausführen und diese auf Festplatte finden, in Hauptspeicher laden und Programmen Rechnerleistung der CPU zuteilen. Stellt Dateisystem zur Verfügung, damit Benutzer Anwendungen leichter finden, bei Desktoprechnern: grafische Oberfläche
• Komponenten eines Rechners: Prozessor (CPU = central processing unit), Hauptspeicher/Arbeitsspeicher, I/O-Module (Ein-/Ausgabe), Systembus, Netzwerkkarte (NIC = Network Interface Card)
• Prozessor: CPU = central processing unit, führt Befehle der Anwendungen aus, verarbeitet Daten, führt Berechnungen aus - logische und arithmetische Operationen, Lesen und Schreiben im Hauptspeicher, Steuern von Festplatten, Druckern, Netzwerkkarten. RECHENWERK BEFEHLSDECODER STEUERWERK DATENLEITUNGEN und STEUERLEITUNGEN CACHES und MMU
• Hauptspeicher/Arbeitsspeicher: flüchtig: Daten nach Abschalten (Herunterfahren) verloren. Persistent speichern -> Festplatten. Enthält gerade auszuführende Programme und dazu benötigte Daten - von CPU gelesen oder nach Verarbeitung zurückgeschrieben. Zwei Teile: Physikalischer Hauptspeicher + virtueller Hauptspeicher (Swapspeicher - Linux, Virtual Memory - Windows) = Erweiterung des physikalischen auf der Festplatte.
• I/O-Module: Ein-/Ausgabe: Schnittstellen für Kommunikation / Interaktion eines Informationssystems mit seiner Außenwelt. Interne Festplatten, CD/DVD-Brenner, externe USB-Festplatten, Maus, Tastatur, an Grafikkarte angeschlossener Bildschirm, Drucker, ... Die Begriffe Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe sind grundlegend für die elektronische Datenverarbeitung und werden als EVA-Prinzip bezeichnet.
• Systembus: Datenleitungen - Datentransport zw. Festplatte + Hauptspeicher. Auch Peripheriegeräte (DVD-Brenner, USB-Festplatten, ...) sind an ihn angebunden. Übertragungsrate ist wichtiges Leistungsmerkmal für einen Rechner! langsam -> Gesamtleistung des Rechners
• Netzwerkkarte (NIC = Network Interface Card): Rechner mit anderen Netzwerkkomponenten verbinden. In Desktoprechnern meist Ethernetkarten. Netzwerkkabel verbinden Rechner mit Switch oder Router, über weitere Netzwerkkabel und Router Zugang zum Internet.
• Desktoprechner/-computer: ist ein Computer in einer Gehäuseform passend für den Einsatz als Arbeitsplatzrechner auf Schreibtischen. massenweise in Unternehmen, moderne Desktops sowohl liegend als auch stehend einsetzbar
• Ethernet: = IEEE 802.3: eine Familie von Netzwerktechniken, die vorwiegend in lokalen Netzwerken, aber auch zum Verbinden großer Netzwerke zum Einsatz kommt.
• IEEE 802.3 Ethernet
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• Switch: verbindet Netzwerksegmente miteinander, sorgt innerhalb eines Segments (Broadcast-Domain) dafür, dass Datenframes (Frames) an ihr Ziel gelangen. Im Unterschied zu einem auf den ersten Blick sehr ähnlichen Repeater-Hub werden Frames aber nicht einfach an alle anderen Ports weitergeleitet, sondern nur an den, an dem das Zielgerät angeschlossen ist – ein Switch trifft eine Weiterleitungsentscheidung anhand der selbsttätig gelernten Hardware-Adressen der angeschlossenen Geräte.
• Router: sind Netzwerkgeräte, die Netzwerkpakete zwischen mehreren Rechnernetzen weiterleiten können. Am häufigsten zur Internetanbindung, zur sicheren Kopplung mehrerer Standorte (Virtual Private Network) oder zur direkten Kopplung mehrerer lokaler Netzwerksegmente, gegebenenfalls mit Anpassung an unterschiedliche Netzwerkprotokolle (Ethernet, DSL, PPPoE, ISDN, ATM usw.). Router treffen ihre Weiterleitungsentscheidung anhand von Informationen aus der Netzwerk-Schicht 3 (in der Regel ist das die IP-Adresse) oder höher. Viele Router übersetzen dabei auch zwischen privaten und öffentlichen IP-Adressen (Network Address Translation, Port Address Translation) oder bilden Firewall-Funktionen durch ein Regelwerk ab.
• Auf Festplatten sind gespeichert: Das Betriebssystem, die Anwendungen und die dazugehörigen Daten
• Festplatten, DVD bzw. CD erzeugen die Bits (aus denen Daten in der Informationsverarbeitung aufgebaut sind) physikalisch unterschiedlich.
• Festplatten 0en und 1en: durch einen Wechsel der elektromagnetischen Ausrichtung von Eisenoxiden auf einer Glasplatte - von elektromagnetischem Lese- und Schreibkopf ausgelesen oder geschrieben
• DVDs und CDs 0en und 1en: Pits und Lands sind Erhöhungen und Vertiefungen in PVC-Material (Höhenunterschied: 1/4 der Wellenlänge des Laserlichts). Aluminiumschicht darunter reflektiert Laser. Lichtwellen werden nach Reflexion ausgelöscht -> 0-Bit oder nicht -> 1-Bit
• CD-Aufbau: Laser -> halbdurchlässiger Spiegel -> Substrat -> Pit/Land -> Spiegel + Label -> falls reflektiert: Fotodiode
• Festplattenaufbau: eine oder mehrere Scheiben (Platte), Spindel, Lese- und Schreibkopf an Actuatorarm auf Actuatorachse, Actuator (Antrieb für Kopf), Stromversorgung, Jumperfeld, IDE-Anschluss (ein Standard f. Festplatten und CD/DVD-Laufwerke)
• Solid State Drives/Disks (SSD oder FlashHDD): Halbleiter als Material zur Speicherung. Keine beweglichen Teile =/= Drive (aber Ersatz für Festplatten). Robuster als herkömmliche Festplatten. Schnelleres Lesen von SDDs, Schreibleistung hinkt bei manchen hinterher. Hoher Preis.
• FlashHDD: HDD = Hybrid Hard Disc - Festplatte mit Solid State Speicher + Flash-Speicher (gehört zu: Solid State Drives)
• Daten sind in Informationsverarbeitung aufgebaut aus: Bits
• Ein Bit repräsentiert in der Informationsverarbeitung: entweder eine 0 oder eine 1 - daraus werden alle Informationen gebildet. Für den Benutzer werden die Folgen aus 0 und 1 in Buchstaben, Abbildungen, usw. umgewandelt und am Bildschirm dargestellt.
• USB = Universal Serial Bus ein peripherer Anschluss
• PCI = Periferal Connect Interfaces ein peripherer Anschluss
• CPU - Rechenwerk: CPU kann Daten in Registern (Speicher in der CPU) speichern - für Rechnen. RECHENWERK (ALU = arithmetic logical unit): eigentliche Rechenarbeit - arithmetische Operationen wie addieren und logische wie AND und OR.
• CPU - Befehlsdecoder: BEFEHLSDECODER setzt Maschinencode in Instruktionen für Schaltkreise in CPU um.
• CPU - Steuerwerk: STEUERWERK regelt Nacheinander-Abarbeiten der Befehle, lädt Daten und Befehle in Daten- und Befehlsregister, zählt Befehlszähler hoch.
• CPU - Daten- und Steuerleitungen: DATENLEITUNGEN und STEUERLEITUNGEN führen zu ARBEITSSPEICHER und peripheren Anschlüssen (USB = Universal Serial Bus, PCI = Periferal Connect Interfaces).
• CPU - Caches und MMU: In CACHES (Level-1 / -2 / -3 Caches) auf CPU werden Daten näher an Registern zwischengespeichert -> beschleunigen Zugriff auf Arbeitsspeicher. MMU = Memory Management Unit - unterstützt CPU bei Berechnung der Adressen, wo Daten und Befehle im Hauptspeicher liegen.

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