Kapitel 3: Technische Grundlagen - Rechnersysteme

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1 Kapitel 3: Technische Grundlagen - Rechnersysteme
Basiswissen Wirtschaftsinformatik 3. Auflage Peter Weber / Roland Gabriel / Thomas Lux Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

2 Inhalt 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung 3.2 Zentralisierte IT: 2. IT-Entwicklungssprung 3.3 Dezentralisierung der IT: 3. IT-Entwicklungssprung 3.4 Internet: 4. IT-Entwicklungssprung 3.5 Konvergenz: 5. IT-Entwicklungssprung Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

3 IT-Entwicklungssprünge im Überblick
[CCEC 16] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

4 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Bit und Byte
Alles in der Computerwelt kann letztendlich auf 0 und 1 zurückgeführt werden. Beispiel: 2 Terabyte Festplatte (HDD) Was ist ein Terabyte? Was ist ein Gigabyte, Megabyte, Byte, und Bit? Bit = Binary Digit = 0 oder 1 1 Byte = 8 Bit = 1 Dateneinheit 1 Kilobyte = Byte 1 Megabyte = Byte 1 Gigabyte = Byte 1 Terabyte = Byte 1 Petabyte = Byte Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

5 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung ASCII
ASCII = American Standard Code of Information Interchange Wie verarbeitet ein Computer Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen und Steuerzeichen? ASCII ist eine Kodierung, die dabei hilft, Zeichen (Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen) in Bitfolgen umzuwandeln. Beispiel: A = 65 = B = 66 = a = 97 = b = 98 = Ein 8-bit ASCII Code kann 256 Zeichen abbilden. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

6 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung UNICODE
Unicode (ISO 10646: Universal Coded Character Set, UCS) erfasst alle internationalen Schriftzeichen. Unicode ist in 17 wiederum in Blöcke (»Blocks «) unterteilte Ebenen (»Planes «) mit jeweils 216 Zeichen (65.536) untergliedert. Die »Basic Multilingual Plane« deckt alle verbreiteten Schriftarten ab. Jedes codierte Zeichen wird als Codepunkt bezeichnet und hexadezimal mit einem vorangestellten U+ dargestellt. Beispiel: U+20AC = EURO-Zeichen. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

7 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Die Von-Neumann-Architektur
Binäre Codierung / Speicherung von Daten und Programmen Programmgesteuerter Rechner  universell einsetzbar Sequenzielle Abarbeitung der Befehle  Flaschenhalsproblem John von Neumann ( ) [Lanl08] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

8 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Eingabe – Verarbeitung - Ausgabe
[StHa05, S. 21] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

9 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Zentralprozessor
Steuert/ koordiniert die Informationsverarbeitung Steuerwerk Holt und entschlüsselt Daten und befehle aus dem Arbeitsspeicher Rechenwerk Führt arithmetische/ logische Rechenoperationen aus Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

10 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Verarbeitungsgeschwindigkeit
Jeder Mikroprozessor hat eine Systemuhr, die angibt wie schnell Operationen in einem Computer stattfinden (Verarbeitungsgeschwindigkeit). Die Verarbeitungsgeschwindigkeit älterer Zentralprozessoren liegt im Megahertz-Bereich: → 1 MHz = 1 Million Verarbeitungszyklen pro Sekunde Die Verarbeitungsgeschwindigkeit neuerer Zentralprozessoren liegt im Gigahertz-Bereich: → 1 GHz = 1 Milliarde Verarbeitungszyklen pro Sekunde Desto schneller die Verarbeitungsgeschwindigkeit ist, desto mehr Strom konsumiert und desto mehr Hitze generiert ein Zentralprozessor. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

11 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Exkurs: Multikern und Multi-Threading
Aufgaben und Diskussionsfragen: Welche Vorteile bringt Multi-Threading? Bedeutet eine höhere Anzahl an Prozessorkernen immer auch eine schnellere Verarbeitung? Was ist unter einem heterogenen Mehrkern-Prozessor zu verstehen? Recherchieren Sie auf der Webseite top500.org die Anzahl der Kerne des aktuell leistungsstärksten Supercomputers. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

12 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Zentralspeicher: ROM und RAM
Festwertspeicher (ROM: Read Only Memory) Nichtflüchtiger Speicher Unterschiedliche ROM-Typen: PROM (Programmable ROM) EPROM (Erasable PROM) / EEPROM (Electrically Erasable PROM) – löschbar Arbeitsspeicher (RAM: Random Access Memory) Direkt adressierbar → Jede Speicherstelle, die jeweils genau ein Byte enthält, verfügt über eine eigene Adresse (aktuell 4-16 Gigabyte / Zugriffszeit im Nano-Sekunden-Bereich) Enthält laufende Programme und aktuell verwendete Daten. Der Zentralprozessor entnimmt seine Befehle und die dafür benötigten Daten, führt die Rechenoperationen und liefert die Ergebnisse zurück an den Arbeitsspeicher. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

13 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Bussystem
Der Peripheriebus verbindet Komponenten, die nicht zur Zentraleinheit gehören (Festplatten, Laufwerke, Grafikkarten usw.) mit dem System. [StHa05,S. 27] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

14 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Cache-Speicher
Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen: Cache-Speicher Der Zentralprozessor arbeitet viel schneller als der Arbeitsspeicher und muss somit oft auf Informationen warten. Der Cache-Speicher erhöht die Verarbeitungs- geschwindigkeit, idem er Anweisung und Daten temporär für en Zentralprozessor vorhält. Level 1: 8 bis 256 KB Level 2: 64 KB bis 16 MB Level 3 (High-End-Computer): 2 bis 8 MB Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

15 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Datenträger
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16 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Festplatten als Datenträger
Dünne, Metall, Glas oder Keramik-Platten, die es ermöglichen, Daten in Form von Magnetisierung zu speichern. Speichern Daten in Spuren, Sektoren und Datenblöcken Lese-Schreib-Kopf fährt auf einem “ dünnen Luftpolster. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

17 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung RAID
RAID: Redundant Array of Independent Disks RAID 1: Mirroring Redundante Speicherung von Daten auf zwei Festplatten  Vermeidung von Datenverlust RAID 0: Striping Verschachtelte Speicherung von Daten auf zwei Festplatten  Parallele Verarbeitung möglich Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

18 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Optische Datenträger
Die reflektierende Oberfläche besteht aus Erhöhungen und Vertiefungen (Pits / Lands). Reflexion / keine Reflexion wird jeweils als 1 oder 0 interpretiert. Kapazitäten: CD: 0.7 GB; DVD: 4.7 GB Blue-Ray: 25 GB Vor- und Nachteile: + Kostengünstig + Kein Verschleiß - Beschränkte Nutzungsdauer - Oberflächenschäden führen zu Lese-Fehlern Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

19 3.1 Computer: 1. IT-Entwicklungssprung Klassifikation von Rechnern
[HaNe09] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

20 3.2 Zentralisierte IT: 2. IT-Entwicklungssprung
[CCEC 16] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

21 3.2 Zentralisierte IT: 2. IT-Entwicklungssprung Zentralisierte IT
Mainframe Mit der Einführung der Großrechner IBM 1401 und 7090 in 1959 begann die kommerzielle Nutzung von Mainframes. Über die Jahre wurden die Mainframes leistungsstark genug, um Tausende von entlegenen Computern (Terminals) zu versorgen. Üblicherweise wurde die Mehrheit der Komponenten einer Infrastruktur von einem einzelnen Anbieter angeboten. Minicomputer In 1965 hat die Digital Equipment Corporation (DEC) den ersten „Minicomputer“ vorgestellt. (Weitaus günstiger als ein IBM Mainframe.) Minicomputer für spezifische Bedürfnisse einzelner Abteilungen und für kleinere Unternehmungen anpassbar und einsetztbar (beginnende Dezentralisierung). Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

22 3.2 Zentralisierte IT: 2. IT-Entwicklungssprung Das Moore`sche Gesetz (1965)
„Die Anzahl an Transistoren pro Chip verdoppelt sich alle 18 Monate“ Kein Gesetz, sondern eher eine empirische Beobachtung. Das Moore`sche Gesetz konnte überraschend lange bestätigt werden: über 40 Jahren! Gilt das Gesetz auch heute noch? [Inte17] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

23 3.3 Dezentralisierung der IT: 3. IT-Entwicklungssprung
PC (Personal Computer) Die rasante Verbreitung von Personal Computern führte zur dezentralisierten Nutzung von Computern. Aufbau und Nutzung lokaler Netzwerke (LANs: Local Area Networks) Z.B.: Ortsunabhängige Eingabe, Verwendung, Auswertung von Daten möglich. Elektronischer Datenaustausch (Electronic Data Interchange, EDI) EDI ermöglicht den Austausch von elektronischen, standardisierten Dokumenten über Unternehmensgrenzen hinaus und zwischen nicht-kompatiblen Systemen. Schneller und weniger Fehleranfällig. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

24 3.3 Dezentralisierung der IT: Exkurs: Rechenzentren und Supercomputer
Aufgaben und Diskussionsfragen: Welcher Supercomputer ist momentan der schnellste der Welt? Wo befindet sich der schnellste Supercomputer in Deutschland? In welchen Gebieten werden Supercomputer eingesetzt? Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

25 3.4 Internet: 4. IT-Entwicklungssprung TCP/IP und WWW
Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) Standardisiert das Einteilen von Daten in Datenpakete und das Versenden an eine vorher definierte Zieladresse, die sog. IP-Adresse. Wesentliche Grundlage für die heutige Bedeutung des Internets. WWW / Web Beispiel eines Internetdienstes. Beruht auf globalen Standards, die das Speichern, Abrufen, Formatieren und Anzeigen von Informationen regeln. Basiert auf HTML (Hypertext Markup Language), wobei Informationen in Texten netzartig über Hyperlinks verknüpft werden. Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

26 3.4 Internet: 4. IT-Entwicklungssprung Web 2.0
Verändertes Nutzungsparadigma für das Web Prinzipien des Web 2.0 nach Das Web als Plattform Nutzung kollektiver Intelligenz Einzigartige Datenbestände Systemübergreifende Software Einfache Programmiermodelle Rich User Experience Social Software Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

27 3.5 Konvergenz: 5. IT-Entwicklungssprung Cloud Computing
Zusammenwachsen bisher getrennter Branchen, Techniken und Medien Beispiel Triple Play: Zusammenführung von Daten-, Sprach- und Videoübertragung Cloud Computing als “Konvergenz von Zentralisierung und Dezentralisierung”: Hohe Skalierbarkeit und Elastizität; Ermöglichung einer gemeinsamen, dezentralen Nutzung zentralisierter Ressourcen; Dienstleistungsorientierte Bereitstellung; Nutzungsbasierte Abrechnung. [John09] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik

28 3.5 Konvergenz: 5. IT-Entwicklungssprung Cloud Computing: Liefermodelle
[DSP10] Copyright 2018: Weber / Gabriel / Lux - Basiswissen Wirtschaftsinformatik