Aufgaben: Der Aufbau des Computers

Ordne jeder Computerkomponente die Aufgabe zu, die sie erfüllt: (a) CPU, (b) Arbeitsspeicher (RAM), (c) Festplatte oder SSD, (d) Mainboard. Aufgaben: 1. speichert die Dateien langfristig, auch wenn der Computer ausgeschaltet wird; 2. führt die Anweisungen der Programme aus, ist das „Gehirn“ des Geräts; 3. verbindet alle anderen Komponenten miteinander; 4. speichert vorübergehend die Daten, mit denen gerade gearbeitet wird.

Erkläre mit eigenen Worten den Unterschied zwischen dem Arbeitsspeicher (RAM) und dem Speicher (Festplatte oder SSD). Nutze einen Vergleich aus dem Alltag, zum Beispiel mit Möbeln in einer Küche oder in einem Arbeitszimmer.

Das Schema zeigt die wichtigsten Bausteine eines Computers, aber eine der mit der CPU verbundenen Komponenten ist durch ein Fragezeichen verdeckt, wie in der Abbildung gezeigt.

Die verdeckte Komponente speichert vorübergehend die Daten, mit denen die CPU gerade arbeitet, und wird beim Ausschalten des Computers gelöscht. Um welche Komponente handelt es sich? Erkläre, was passieren würde, wenn der Computer sie nicht hätte.

Wahr oder falsch? Begründe jede Antwort mit einem Satz: (a) Der Arbeitsspeicher (RAM) speichert deine Fotos, auch wenn du den Computer ausschaltest; (b) die CPU führt die Anweisungen der Programme aus; (c) das Mainboard verbindet alle Komponenten miteinander; (d) die Festplatte verliert ihren gesamten Inhalt, jedes Mal wenn das Gerät ausgeschaltet wird.

An welche Komponente würdest du in jedem Fall zuerst denken? Begründe deine Antworten: (a) Du möchtest viel mehr Filme auf dem Computer speichern; (b) du möchtest, dass der Computer schneller rechnet und „denkt“; (c) du möchtest mit vielen gleichzeitig geöffneten Programmen arbeiten, ohne dass es langsam wird.

Du schließt das Dokument ohne zu speichern und schaltest den Computer aus: Der Text, den du geschrieben hattest, ist verschwunden. Erkläre, was der Arbeitsspeicher (RAM) mit diesem Verlust zu tun hat und was die Schaltfläche „Speichern“ genau tut, um ihn zu verhindern.

Wenn du mit einem Controller spielst, gelangt der Befehl der Taste zu einer Komponente, die berechnet, was im Spiel passieren soll, und das Ergebnis an den Monitor sendet. Um welche Komponente handelt es sich? Erkläre, was du im Spiel bemerken würdest, wenn diese Komponente sehr langsam wäre.

Suche die technischen Daten eines echten Computers heraus (deinen zu Hause, den im Klassenraum oder einen aus einem Onlineshop) und notiere seine CPU, seinen Arbeitsspeicher (RAM) und seinen Speicher. Erkläre mit eigenen Worten, was jede der drei Angaben bedeutet.

Der Computer einer Klasse ist sehr langsam, wenn viele Browser-Tabs gleichzeitig geöffnet sind, obwohl seine CPU leistungsstark ist und die Festplatte freien Platz hat. Welche Komponente stößt deiner Meinung nach an ihre Grenze? Erkläre, warum und welche Verbesserung des Geräts das Problem lösen würde.

In einem Geschäft vergleichst du zwei Computer: Gerät A hat eine CPU mit $3,2\ \text{GHz}$, $8\ \text{GB}$ Arbeitsspeicher (RAM) und eine SSD mit $256\ \text{GB}$; Gerät B hat eine CPU mit $2,8\ \text{GHz}$, $16\ \text{GB}$ RAM und eine Festplatte mit $1\ \text{TB}$. Erkläre, was jede Angabe bedeutet, und begründe, welches Gerät besser zu einer Schülerin passt, die Videos bearbeitet und dabei mehrere Programme gleichzeitig geöffnet hat.

Wenn du auf ein Dokument doppelklickst, wandern Daten zwischen den Komponenten des Computers. Bringe diese Schritte in die richtige Reihenfolge und erkläre, welche Rolle der Arbeitsspeicher (RAM) dabei spielt: (a) Die CPU verarbeitet die Daten des Dokuments, (b) das Dokument wird vom Speicher in den Arbeitsspeicher (RAM) kopiert, (c) du doppelklickst auf das Symbol der Datei, (d) das Dokument wird auf dem Bildschirm angezeigt.

Beim Öffnen eines Spiels wandern Daten zwischen vier Teilen des Computers. Die Abbildung zeigt diese Teile durch Pfeile verbunden, aber die Reihenfolge, die die Nummern auf den Karten angeben, ist falsch, wie im Schema gezeigt.

Schreibe die richtige Reihenfolge des Datenwegs von 1 bis 4 auf und erkläre, was in jeder der vier Etappen geschieht.

Ein Computer braucht drei Minuten zum Starten, weil seine Festplatte eine ältere mit beweglichen Teilen (HDD) ist. Erkläre, warum der Austausch gegen eine SSD den Start und das Öffnen von Programmen beschleunigt, obwohl CPU und Arbeitsspeicher (RAM) genau dieselben bleiben.

Ein Computer hat $16\ \text{GB}$ Arbeitsspeicher (RAM). Das Betriebssystem ($4\ \text{GB}$), der Browser ($3\ \text{GB}$) und ein Spiel ($6\ \text{GB}$) belegen Speicher. Berechne mit der Subtraktion $16 - (4 + 3 + 6)$, wie viel RAM frei bleibt, und erkläre, was passieren kann, wenn du danach ein Programm öffnest, das $5\ \text{GB}$ benötigt.

Das Smartphone meldet „Speicher fast voll“ und hat trotzdem $8\ \text{GB}$ freien Arbeitsspeicher (RAM). Erkläre, warum das Löschen von Apps und Videos Speicherplatz freigibt, aber keinen RAM, und begründe, welche Art von Speicher Fotos und Videos füllen.

Ein alter Computer hat $4\ \text{GB}$ RAM und eine HDD-Festplatte, und es gibt nur Geld für eine Verbesserung: auf $16\ \text{GB}$ RAM aufrüsten oder auf eine SSD wechseln. Begründe, für welche du dich entscheiden würdest, damit das Gerät im Alltag „schneller läuft“ (Starten, Programme öffnen, zwischen Fenstern wechseln), und erkläre, was jede Option verbessern würde und was nicht.

Stell dir vor, du arbeitest im technischen Service der Schule und bekommst drei Computer mit Leistungsproblemen:

• Gerät A: Es braucht fast zehn Minuten zum Starten und zum Öffnen jedes Programms, aber sobald die Anwendung geöffnet ist, läuft sie völlig flüssig.

• Gerät B: Wenn mehrere Browser-Tabs zusammen mit einer Textverarbeitung und Hintergrundmusik geöffnet sind, friert das Gerät regelmäßig ein und ruckelt beim Wechseln des Fensters.

• Gerät C: Beim abschließenden Export eines hochauflösenden Videoprojekts bricht der Vorgang plötzlich ab und meldet, dass die entstandene Datei nicht gespeichert werden kann.

Stelle für jeden Fall begründet eine Diagnose, welche Hardwarekomponente (Massenspeicher, Arbeitsspeicher (RAM) oder Prozessor/Grafikkarte) den Engpass verursacht, und schlage eine geeignete technische Verbesserung vor.

Ein neues Smartphone verfügt über insgesamt $128\ \text{GB}$ internen Speicher, aber das Betriebssystem und die Basis-Apps belegen bereits $28\ \text{GB}$. Du möchtest den verbleibenden freien Platz ausschließlich für hochwertige Fotos nutzen, die im Durchschnitt jeweils $4\ \text{MB}$ belegen.

1. a) Berechne mit $1\ \text{GB} = 1\,000\ \text{MB}$, wie viele vollständige Fotos du im verfügbaren freien Platz theoretisch höchstens speichern kannst. Zeige alle Rechenschritte mit ihren Einheiten.
2. b) Dein Mitschüler behauptet, dass du genau diese berechnete Anzahl speichern kannst, solange du keine weiteren Apps installierst. Widerlege seine Behauptung fachlich, indem du mindestens zwei tatsächliche Gründe nennst, warum die für Fotos nutzbare Kapazität geringer sein wird.

Der Technikraum braucht einen neuen Computer, der zum Programmieren, zur Videobearbeitung und für Lernspiele taugt. Verteile die Bedeutung, die du jeder Komponente (CPU, Arbeitsspeicher (RAM), Grafikkarte und Speicher) beimisst, begründe deine Entscheidungen und gib an, bei welcher Komponente du sparen würdest, wenn das Budget knapp wäre.

Der Server eines Onlineshops bedient Tausende Menschen gleichzeitig, die alle Seiten abrufen und Bestellungen aufgeben. Vergleiche diesen Server mit dem Computer bei dir zu Hause: Begründe, welche Komponenten verstärkt werden müssen (CPU, Arbeitsspeicher (RAM), Speicher, Netzwerkanbindung) und warum ein sehr leistungsstarker Desktop-Computer nicht ausreichen würde.

Die Technik-Fachschaft möchte einen Schuldokumentarfilm mit einer Kamera drehen, die Video in 4K-Qualität aufzeichnet und dabei etwa $375\ \text{MB}$ Daten pro Minute Aufnahme erzeugt. Dafür steht eine leere Speicherkarte mit $256\ \text{GB}$ zur Verfügung.

1. a) Berechne mit $1\ \text{GB} = 1\,000\ \text{MB}$, wie viele Stunden und Minuten durchgehende Aufnahme theoretisch auf diese Karte passen (zeige den Rechenweg mit dem Dezimalkomma).
2. b) Wenn für den gesamten Dreh insgesamt $12$ Stunden Aufnahmen nötig sind: Wie viele Karten mit $256\ \text{GB}$ braucht ihr mindestens? Begründe deine Antwort und berücksichtige dabei Unvorhergesehenes und den Platz, den das Formatieren der Karten benötigt.

Im Werbeprospekt eines Geschäfts liest du folgende Anpreisung zu einem Smartphone:

„Unschlagbare Leistung! Mit $12\ \text{GB}$ Speicher, doppelt so viel wie dein aktuelles Telefon: Es läuft doppelt so schnell und du kannst doppelt so viele Fotos und Spiele speichern.“

1. a) Analysiere die Anpreisung kritisch und erkläre begründet die zwei grundlegenden fachlichen Fehler, die die Werbung bei der Verwendung des Wortes „Speicher“ und bei der Verknüpfung mit der „Geschwindigkeit“ begeht.
2. b) Verfasse eine korrigierte und fachlich ehrliche Version der Werbung, die für den Käufer attraktiv bleibt, ohne zu täuschen.

Zwei Schüler vergleichen zwei gleich teure Computer für die Technikwerkstatt:

• Computer A: Älterer Prozessor mit $1$ Kern, der mit $3,8\ \text{GHz}$ arbeitet.

• Computer B: Moderner Prozessor mit $4$ Kernen, der mit $2,4\ \text{GHz}$ arbeitet.

Einer von ihnen behauptet: „Computer A ist eindeutig besser und schneller, weil $3,8\ \text{GHz}$ viel mehr Taktzyklen pro Sekunde sind als $2,4\ \text{GHz}$.“

1. a) Erkläre, was die Frequenz in Gigahertz ($\text{GHz}$) genau misst und was während jedes Taktzyklus im Prozessor geschieht.
2. b) Widerlege die Behauptung deines Mitschülers fachlich: Begründe, warum der Prozessor von Computer B in realen Arbeitssituationen eine deutlich höhere Gesamtleistung als der von A bieten kann.

Die Robotik-AG baut einen Computer mit einem Budget von $600\ \text{€}$ und dieser Teileliste: CPU für $210\ \text{€}$, Arbeitsspeicher (RAM) für $80\ \text{€}$, SSD für $110\ \text{€}$, Grafikkarte für $150\ \text{€}$ und Mainboard mit Netzteil und Gehäuse für $120\ \text{€}$. Addiere die Gesamtsumme und prüfe, ob sie ins Budget passt; wenn nicht, entscheide, welche Änderung du vornehmen würdest (welches Teil du günstiger oder besser wählen würdest), und verteidige deine Entscheidung entsprechend dem Einsatz der AG.