Download - Open Courseware - JKU

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Grundlagen
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Inhaltsverzeichnis
1. Hardware .............................................................................................................................6
1.1. Eingabe ............................................................................................................................7
1.1.1. Tastatur ........................................................................................................................7
1.1.2. Zeigeinstrumente..........................................................................................................8
1.1.2.1. Maus .....................................................................................................................8
1.1.2.2. Trackball (Rollkugel) ...........................................................................................9
1.1.2.3. Eingabehilfen für Notebooks................................................................................9
1.1.2.4. Touchscreen/Sensorbildschirm...........................................................................10
1.1.2.5. Weitere Zeigegeräte............................................................................................10
1.1.3. Eingabe von Bildinformationen.................................................................................10
1.1.3.1. Scanner ...............................................................................................................11
1.1.3.2. Lesegeräte...........................................................................................................12
1.1.3.3. Digitale Kamera..................................................................................................14
1.1.3.4. Digitale Camcorder.............................................................................................15
1.1.4. Akustische Eingabe....................................................................................................16
1.1.4.1. Akustische Eingabe ............................................................................................16
1.2. Ausgabe .........................................................................................................................17
1.2.1. Bildschirm ..............................................................................................................17
1.2.1.1. Flüssigkristallanzeige (LCD)..............................................................................17
1.2.1.2. Plasmaschirm......................................................................................................18
1.2.1.3. Faktoren..............................................................................................................18
1.2.2. Digitale Projektoren ...................................................................................................19
1.2.3. Drucker ......................................................................................................................20
1.2.3.1. Leistungskriterien ...............................................................................................20
1.2.3.2. Thermodrucker ...................................................................................................21
1.2.3.3. Tintenstrahldrucker.............................................................................................21
1.2.3.4. Laserdrucker .......................................................................................................21
1.2.3.5. Farblaser .............................................................................................................21
1.2.3.6. Plotter..................................................................................................................22
1.2.4. Akustische Ausgabe...................................................................................................22
1.3. Verarbeitung ..................................................................................................................22
1.3.1. Aufbau und Arbeitsweise von Computersystemen ................................................23
2

1.3.2. Hardware ................................................................................................................23
1.3.2.1. Zentraleinheit ..................................................................................................23
1.3.2.2. Peripherie............................................................................................................26
1.4. Speicherung ...................................................................................................................27
1.4.1. Klassifizierungsmerkmale......................................................................................27
1.4.2. Speichermedien mit wahlfreiem Zugriff ................................................................29
1.4.2.1. Die Diskette ........................................................................................................29
1.4.2.2. Die Festplatte......................................................................................................29
1.4.2.3. Auswechselbare Speichermedien (Wechsellaufwerke)......................................31
1.4.2.4. CD und DVD......................................................................................................31
1.4.2.5. BlueRay ..............................................................................................................32
1.4.3. Speichermedien mit rein sequentiellem Zugriff ........................................................32
1.4.4. Datensicherung ..........................................................................................................33
2. Software ............................................................................................................................35
2.1. Systemsoftware..............................................................................................................35
2.1.1. Betriebssystem ...........................................................................................................35
2.1.1.1. Einführung..........................................................................................................35
2.1.1.2. Gängige Betriebssysteme ...................................................................................38
2.1.1.2.1. Windows Familie ........................................................................................38
2.1.1.2.2. UNIX...........................................................................................................40
2.1.1.2.3. Mac OS........................................................................................................40
2.1.1.2.4. LINUX ........................................................................................................42
2.1.1.2.5. Quellen ........................................................................................................42
2.1.1.2.6. Weiterführende Links..................................................................................43
2.1.2. User Interface.............................................................................................................43
2.1.2.1. Grafische Benutzeroberflächen ..........................................................................46
2.1.2.1.1. Leitideen......................................................................................................46
2.1.2.1.2. Elemente grafischer Benutzeroberflächen ..................................................47
2.1.2.2. Kommandoorientierte Benutzeroberfläche.........................................................50
2.1.2.3. Weiterführende Links .........................................................................................52
2.2. Anwendungssoftware ....................................................................................................52
2.2.1. Tabellenkalkulation Grundlagen................................................................................52
2.2.1.1. Grundlagen Wenn Funktion ...............................................................................53
2.2.1.2. SVerweis.............................................................................................................55
3

2.2.2. Textverarbeitung ........................................................................................................56
3. Informationsdarstellung ....................................................................................................58
3.1. Bits & Bytes...................................................................................................................58
3.2. Darstellung von Zahlen .................................................................................................59
3.2.1. Darstellung von ganzen Zahlen .................................................................................59
3.2.2. Darstellung von Nachkommastellen ..........................................................................59
3.3. Darstellung von Texten .................................................................................................61
3.3.1. ASCII-Code ...............................................................................................................61
3.3.2. UNICODE-Zeichensatz .............................................................................................62
3.4. Darstellung von Bildern und Schall...............................................................................63
3.5. Dateiformate ..................................................................................................................65
3.5.1. Textformate................................................................................................................65
3.5.2. Tabellenkalkulationsformate......................................................................................66
3.5.3. Grafikformate.............................................................................................................66
3.5.4. Video und Audio........................................................................................................66
3.5.5. Ausführbare Dateien ..................................................................................................66
3.5.6. Präsentationsdateien...................................................................................................67
3.6. Sicherung der Informationsdarstellung .........................................................................67
3.7. Datenkompression .........................................................................................................68
4. Grundlagen Netzwerk .......................................................................................................69
4.1. Was ist ein Netzwerk.....................................................................................................69
4.1.1. Was ist ein Netzwerk .................................................................................................69
4.1.2. Netzwerk ....................................................................................................................69
4.1.3. Klassifikationskriterien ..............................................................................................70
4.1.3.1. Organisatorische Kriterien..................................................................................71
4.1.3.2. Geografische Kriterien .......................................................................................71
4.1.3.3. Physikalische Kriterien.......................................................................................72
4.1.3.4. Strukturelle Kriterien..........................................................................................72
4.1.4. Quellen ...................................................................................................................72
4.1.5. Weiterführende Links.............................................................................................73
4.2. Internet...........................................................................................................................73
4.2.1. Entstehung des Internets.........................................................................................73
4.2.2. Zugang zum Internet ..............................................................................................74
4.2.2.1. Modem & ISDN .................................................................................................74
4

4.2.2.2. Breitbandzugang.................................................................................................74
4.2.2.3. Satellitenzugang..................................................................................................75
4.3. Grundlagen DNS ...........................................................................................................75
Bearbeitet von Marion Knoll, März 2010.
5

1. Hardware
Unter Hardware versteht man alle physischen Bestandteile eines Computersystems. Darunter
fallen Eingabegeräte (Geräte um Informationen von den Benutzenden zu erfassen und in
maschinen-lesbarer Form an die Zentraleinheit zu übertragen), die sogenannte Zentraleinheit,
welche die eigentlichen Rechenoperationen durchführt, Ausgabegeräte (Geräte um
Informationen in einer für den Benutzenden lesbaren Form auszugeben) und Speichermedien
zum Speichern der Daten und Informationen.
Hardwarekomponenten, insbesondere Ein- und Ausgabegeräte, sind wesentliche Bestandteile
der Benutzerschnittstelle.
Die Benutzerschnittstelle (Benutzeroberfläche) ist der für den Benutzenden sichtbare Teil der
Interaktionsschnittstelle eines Softwareproduktes. Hierunter fallen alle Einheiten, Formen
und Techniken, über welche der Benutzende mit dem Computersystem kommuniziert. Diese
Benutzerschnittstelle ist zu einem gewissen Grad abhängig von der Hardware und der
verwendeten Betriebssoftware des Systems und natürlich direkt abhängig von der benutzten
Anwendungssoftware.
Unter Benutzeroberfläche werden all jene Teile eines Computersystems zusammengefasst,
die der Benutzende wahrnehmen kann. Die Benutzerschnittstelle ist zunächst eine Funktion
der vorhandenen Ein- und Ausgabegeräte und im Weiteren der dazugehörenden Software;
unter Benutzeroberfläche versteht man sowohl Hardware als auch Software. Die
Benutzeroberfläche legt weitestgehend fest, wie der Benutzer mit einem System arbeiten
kann. Die Gestaltung muss sich nach dem jeweiligen Adressatenkreis richten, nach seinen
Anforderungen, seinen Gewohnheiten und nach seinen Kenntnissen.
Die Benutzeroberfläche bestimmt mit vielen Faktoren die Form der Interaktion zwischen
dem Benutzenden und dem Computersystem. Die Mensch-Computer-Interaktion (MCI) ist
ein wechselseitiger Informationsaustausch zwischen dem Benutzenden und dem System,
dieser ist durch die Natur der Sache zwar Regel gebunden und formalisiert, zumindest bei
modernen interaktiven Systemen liegt die Kontrolle im Regelfall beim Benutzenden.
Die Mensch-Maschine-Interaktion lässt sich als eine Dreiecksbeziehung zwischen
Benutzendem, (seiner) Aufgabe und (dem benutzten) Werkzeug beschreiben,
natürlicherweise im Rahmen des vorhandenen Arbeitsumfeldes. Der Computer ist hier das
Werkzeug, welches die kognitive Funktion des Benutzenden unterstützt und beeinflusst.
Durch die Gestaltung von Benutzerschnittstellen wird die Art und Qualität der Aufgaben, das
Problemlöseverhalten der Benutzenden sowie das Lernen von Fertigkeiten und deren Einsatz
bei der Aufgabenbearbeitung beeinflusst. Daher ist die Gestaltung von Benutzerschnittstellen
immer auch Arbeits- und Aufgabengestaltung.
6

1.1. Eingabe
Eingabegeräte sind Geräte um analoge Informationen vom Menschen zu erfassen und in
maschinen-lesbarer Form, also digital, an die Zentraleinheit zu übertragen. Die wichtigsten
Eingabegeräte sind die Tastatur und Zeigegeräte (Maus, Touchpad, …). Für Bilder und
Videos werden Scanner, Digitalkameras und Camcorder verwendet.
Die Tastatur
1.1.1. Tastatur
Tasten sind Eingabeelemente, die es erlauben, Zeichen eines festen Alphabets einzugeben.
Die Zeichen müssen nicht notwendigerweise Buchstaben oder Ziffern sein, sie können auch
andere Bildsymbole einschließen.
Im Gehäuse einer heute üblichen PC-Tastatur befindet sich ein Mikroprozessor, der an der
Veränderung des Stromflusses erkennt, welche Taste gedrückt bzw. losgelassen wurde. Der
Mikroprozessor der Tastatur überträgt einen Code, der die Taste identifiziert, an den Rechner.
Das elementare Ein-/Ausgabesystem des Rechners wandelt den Code in dem vom Rechner
verwendeten Zeichensatz um und schreibt diesen in einen Speicherpuffer, aus dem das
Betriebssystem das Zeichen lesen kann. Nach der Art der einzugebenden Daten unterscheidet
man:
• Numerische Tastatur: Die Tastatur besteht aus einem Ziffernblock (internationale
Zehnertastatur) und Funktionstasten zur Eingabe von Befehlen und Steuerfunktionen.
• Alphanumerische Tastatur: Die Tastatur besteht aus einem numerischen und einem
alphabetischen Teil, wo die Tasten wie bei der Schreibmaschine angeordnet sind. Bei
alphanumerischen Tastaturen müssen die Sonderzeichen der einzelnen Sprachen
berücksichtigt werden, wie beispielsweise die deutschen Sonderzeichen (ß, ö, ä, ü,
usw.).
• Funktionstastatur: Jeder Tastendruck löst eine bestimmte Funktion aus. Das kann ein
Befehl oder eine Steuerfunktion sein, wie beispielsweise 'Gehe zu Seitenanfang',
'Blättere eine Seite nach unten', usw.
• Überlagerte Tastaturen: Der numerische Bereich überlagert einen Teil des
alphabetischen Bereichs. Die Umschaltfunktion wird verwendet, um zwischen den
Belegungen hin und her zu schalten, wodurch ein besonders kompaktes Tastenfeld
erreicht wird. Die Möglichkeit der Mehrfachbelegung wird auch bei Spezialtastaturen
zur Darstellung von Sonderzeichen verwendet.
Bei einer ergonomischen Gestaltung des Arbeitsplatzes darf auf die Tastatur nicht vergessen
werden; Diese sollte unabhängig vom Bildschirm und frei beweglich sein. Schnurlose
Eingabegeräte werden immer beliebter. Die Anordnung der Tasten soll entsprechend der
international verbreiteten Schreibmaschinennorm sein. Die Funktionstasten werden
7

entsprechend der Arbeitsaufgabe gegliedert und heben sich durch Farbe, Form und
Anordnung ab.
War die Tastatur früher mittels PS/2 Schnittstelle mit dem PC verbunden, so wird sie heute
fast ausschließlich mittels USB angeschlossen; sehr oft kommen dabei kabellose Varianten
zum Einsatz. Hierfür wird an der USB-Schnittstelle ein Sender/Empfänger angeschlossen, der
mit der Tastatur (und oft auch mit der Maus) kommuniziert.
1.1.2. Zeigeinstrumente
Die Funktion von Zeige- und Positioniergeräten ist das Auffinden (Lokalisieren) durch
hinzeigen, inklusive dem Auswählen (Selektieren) von visuell dargestellter Information oder
visualisierter Objekte an der Benutzerschnittstelle (Bildschirm) sowie gegebenenfalls ihre
Positionierung. Es können ein oder auch mehrere Objekte ausgewählt und damit manipuliert
werden (Lassofunktion). Bei Zeigegeräten werden die Bewegungen mit dem Gerät in
elektrische Signale umgesetzt, die als Koordinatenpaar weiterverarbeitet werden und zwar
entsprechend der Lage eines Punktes am Bildschirm. Sobald das Gerät manipuliert wird,
verändert der Cursor seine Position am Bildschirm.
1.1.2.1. Maus
Die Maus, das wohl wichtigste Zeigegerät, ist ein Eingabegerät, dessen zweidimensionale
Bewegung auf einer ebenen Fläche von einer Positionierungsmarke (Cursor) am Bildschirm
nachvollzogen wird. Sie verfügt über Auslösemechanismen (Funktionstaste(n)), mit denen die
selektierten Objekte aktiviert werden können. Mit der Verwendung von grafischen
Benutzeroberflächen hat die Maus als Eingabeinstrument eine weite Verbreitung gefunden.
Heute finden fast nur noch optische Mäuse Verwendung. Bewegt man diese, werden die
Bewegungen von optischen Sensoren erfasst und abgetastet und an den Computer übertragen.
Optische Mäuse arbeiten exakter und verschmutzen kaum.
• „Mäuse“ haben eine unterschiedliche Anzahl an Funktionstasten (meist zwei
Haupttasten, manchmal zusätzliche Tasten seitlich sowie ein Rädchen, welches meist
zugleich als Taste fungiert).
• Die Verbindung zum Computer erfolgt meist über die USB-Schnittstelle (früher auch
über die serielle Schnittstelle), wobei heute die Übertragung der Steuerimpulse auch
„wireless“ erfolgt. Am Computer ist an der USB-Schnittstelle ein kleiner
Sender/Empfänger angesteckt, welcher mit der Maus kommuniziert. Es ist kein
direkter Sichtkontakt notwendig.
Die Vorteile der Maus gegenüber der Tastatur sind die schnelle und vereinfachte
Kommandoeingabe. Durch die präzise Positionierung lassen sich kleinste Zeichenstellen am
Bildschirm ansprechen, weshalb sie sich auch für grafische Anwendungen eignen. Die
Nachteile der Maus sind anfängliche Koordinationsprobleme von Auge und Hand, die nicht
8

immer zur Verfügung stehende ebene Fläche sowie Verschmutzung und Abnützung (vor
allem bei mechanischen Mäusen).
1.1.2.2. Trackball (Rollkugel)
Die Rollkugel ist ein Eingabegerät ähnlich der Maus, dessen Rollkugel sich auf der
Oberfläche befindet und zu einem Drittel sichtbar ist. Zur Steuerung des Cursors wird
lediglich die Kugel mit dem Finger bewegt, ohne dass sich das Rollkugelgehäuse bewegt. Mit
der Rollkugel ist eine einfache, schnelle und exakte Positionierung möglich, sie ist aber
gewöhnungsbedürftig. Verwendung findet der Trackball heute vor allem bei unbeweglichen
Terminals (früher bei Notebooks), er wird jedoch immer mehr von Touchpads und
Touchscreens verdrängt.
Abb.: Trackballvarianten
1.1.2.3. Eingabehilfen für Notebooks
Da Notebooks häufig mobil eingesetzt werden, wird versucht, die Zahl der Geräte für die
Bedienung zu minimieren. Außerdem steht nicht immer eine ebene Fläche für die Bedienung
der Maus zur Verfügung.
Steuerfeld (Touchpad): eine berührungsempfindliche Fläche, die sich meist direkt vor der
Tastatur des Notebooks befindet. Die Bedienung erfolgt mit den Fingern, wobei zusätzliche
Tasten die Funktion der Maustasten übernehmen. Üblicherweise erfüllt auch das „Klopfen“
auf das Touchpad die Funktion des Drückens einer Taste. Touchpads gehören zur
Standardausstattung von Notebooks.
Abb.: Touchpad
Steuerstift (Trackpoint): ein kleiner, auf der Tastatur zwischen den Tasten herausragender
Stift, der durch leichtes Andrücken mit einem Finger gesteuert werden kann.
9

Abb.: Trackpoint
1.1.2.4. Touchscreen/Sensorbildschirm
Ein Sensorbildschirm (Touchscreen) erlaubt die Auswahl von Kommandos bzw. die Eingabe
von Daten (aus einem Menü) durch Markierung der auslösenden Aktion mit dem Finger oder
einem Zeigestift direkt am Bildschirm.
Sensorbildschirme wurden anfänglich häufig als Informationsterminals eingesetzt und sind
auch für Computerlaien einfach zu bedienen, da man einfach mit dem Finger auf die
entsprechende Stelle tippt. Das Orten des Fingers kann durch druckempfindliche Membrane
mit Hilfe von Ultraschall oder durch Benutzung von Infrarot-Lichtschranken geschehen.
Heute gehören Touchscreens zum Standard und werden auch bei PDA’s, Handys,
Smartphones und im Home-Hifi Bereich (z. B. Fernbedienungen) verwendet. Aufgrund der
geringen Abmessungen besitzen die meisten dieser Geräte keine Tastatur. Die Eingabe erfolgt
entweder auf einer kleinen virtuellen Tastatur am Bildschirm oder es werden die Zeichen am
Bildschirm geschrieben und mittels Handschrifterkennung eruiert.
1.1.2.5. Weitere Zeigegeräte
Folgende Zeigegeräte werden der Vollständigkeit halber erwähnt, es wird jedoch nicht näher
auf sie eingegangen.
• Datenhandschuh, überträgt die 3-dimensionalen Bewegungen einer menschlichen
Hand
• Joystick, Steuerknüppel
• Gamepad
1.1.3. Eingabe von Bildinformationen
Bei der Eingabe von Bildinformation kann man zwischen der Erfassung von stehenden und
bewegten Bildern unterscheiden. Bei der Eingabe eines stehenden Bildes wird die Vorlage
punktweise abgetastet und in ein Grafikformat des Rechners umgewandelt. Das resultierende
Bild kann nachbearbeitet, in Text eingebunden und elektronisch verschickt werden.
10

1.1.3.1. Scanner
Scanner (Bildabtaster) sind Bildeingabegeräte, mit denen ein Bild oder ein Text zeilen- und
punktweise abgetastet wird. Ein Lichtstrahl (Laser) tastet die einzelnen Punkte der Vorlage ab
und registriert die Helligkeitsunterschiede, die in digitaler Form als Rasterbild gespeichert
werden. Das gescannte Bild lässt sich punktweise weiterbearbeiten, unabhängig ob es sich um
einen Text oder ein Bild handelt. Texte, die mit einem Scanner abgetastet wurden, können mit
Programmen zur Texterkennung bearbeitet werden (OCR Software). Aufgrund des
Kontrastmusters werden die Zeichen mit einer gespeicherten Vorlage verglichen und in das
entsprechende Zeichen umgewandelt. Je mehr Informationen pro Fläche ein Scanner
unterscheiden kann, desto besser ist das im Computer gespeicherte Ergebnis. Die Auflösung
wird in dpi (dots per inch) angegeben. Auf dem Markt befindliche Geräte haben eine
Auflösung von 600x600 dpi bis zu 4800x9600 dpi. Ein anderes Gütemerkmal ist die Anzahl
der scannbaren Graustufen bzw. Farben, denn lediglich bei Texten kommt man mit der
Unterscheidung in Schwarz/Weiß aus. Bilder hingegen beinhalten Übergänge zwischen den
beiden Extremen. Die Farbtiefe, die ein Scanner erfassen kann, bestimmt sich dadurch, wie
viele Bit je Punkt erfasst werden. Der Ein-Bit-Scanner beschreibt jeden erfassten Bildpunkt
mit einem Bit. Die in den Rechner übergebenen Bilddaten enthalten demnach nur schwarze
und weiße Bildpunkte. Bei einer Abtasttiefe von 8 Bit können 256 Graustufen dargestellt
werden. Um Farbfotos zu scannen, ist eine Farbtiefe von 24 bzw. 30 Bit erforderlich, damit
können 16,8 Millionen bzw. eine Milliarde Farbwerte erfasst werden. Spitzengeräte verfügen
über eine Farbtiefe von 48 Bit. Zur Aufnahme der Farbwerte werden Halbleitersensoren
verwendet (so genannte Charge Coupled Devices, CCD). Ein monochromer Scanner enthält
eine Zeile CCD-Elemente, die über die gesamte Breite angeordnet sind. Farbscanner tasten
die Vorlage dreifach zur Erfassung der Grundfarben Rot, Grün und Blau ab. Ist nur eine
CCD-Zeile vorhanden, so wird die Vorlage dreimal mit unterschiedlichen Filtern abgetastet,
höherwertige Geräte arbeiten mit drei CCD-Zeilen, dadurch sind sie schneller und bieten eine
bessere Wiedergabequalität. Die Auflösung und die Anzahl der Farben soll aufgrund des
hohen Speicherbedarfs von gescannten Farbvorlagen auf die Aufgabe und die Ausgabemedien
abgestimmt werden. Für Texte, die auf einem Laserdrucker ausgegeben werden, ist eine
Farbtiefe von 30 Bit nicht sinnvoll.
Folgende Gerätetypen können unterschieden werden:
• Flachbettscanner: Das einzuscannende Objekt liegt (ähnlich dem Kopieren) auf einer
Glasplatte, unter der sich der Abtastmechanismus bewegt. Dadurch ist der
Bedienungskomfort besser und es lassen sich auch dickere Vorlagen (z. B. Bücher)
erfassen. Dieser Typ wird oft mit automatischen Einzelblatteinzügen kombiniert.
Abb.: Flachbettscanner
11

• Handscanner: Sie werden heute kaum mehr zum Scannen von Text oder Bildern
verwendet. Vielmehr finden sie beim Einscannen von (Bar-) Codes Verwendung
(Kassen, Lager, Paketzustellung, …)
Abb.: Handscanner
• Stab- oder Einzugsscanner: Sie haben eine kompakte, stabförmige Bauform, sie
können damit Platz sparend untergebracht werden. Die Vorlage (max. A4) wird
automatisch von der Scanneinheit durchgezogen. Dieser Typ findet sich hauptsächlich
in günstigen Home-Office- und Multifunktionsgeräten.
Der Anschluss an den Computer erfolgt heute üblicherweise über die USB Schnittstelle. Als
Kriterien für die Kaufentscheidung können neben den technischen Merkmalen auch
Zusatzeinrichtungen wie automatischer Vorlageneinzug oder Durchlichtaufsatz für Dias und
Folien entscheidend sein.
1.1.3.2. Lesegeräte
Schriftenleser erkennen optisch oder magnetisch die Bedeutung einzelner, auf den
Datenträgern gespeicherte Zeichen und geben diese in maschinell weiterverarbeitbarer
Codierung (z. B. ASCII) aus. Hierzu werden vorher definierte Bereiche der Datenträger
ausgewertet, in denen die Zeichen in maschinell lesbarer Form aufgezeichnet sind. Das
Layout der Datenträger wird nicht mit erfasst. Klarschriftbelege sind sowohl maschinell als
auch mit dem Auge lesbare Papierbelege. Die Schriften sind normiert, im Belegleser werden
die Zeichen optisch (auf den Kontrast ansprechend) gelesen. Die eingelesenen Signale werden
mit einem Soll-Mustersatz verglichen und jedem Zeichen wird die entsprechende Bedeutung
zugeordnet. Die verbreiteteste maschinenlesbare Schrift ist die OCR-B, wie sie in der
Lesezone bei Bankbelegen verwendet wird.
Handschriftenleser: Handschriften sind zum Teil auch für Menschen schwierig zu erkennen,
für Maschinen ist der Erkennungsvorgang noch schwieriger. Mit der immer
leistungsfähigeren Hardware und verbesserter Software (z.B. eine „Lernphase“ mit
individuellen Benutzenden) wird die Rückweisungrate immer geringer.
Strichcodeleser: Zeichen, in erster Linie Ziffern, werden in Form von unterschiedlich starken
Balken dargestellt. Als Informationsträger dient dazu Papier in Form von Etiketten oder auch
die Verpackung. Mit Hilfe eines Scanners wird der Balkencode gelesen und
maschinengerecht aufbereitet. Für den Menschen ist der Balkencode nicht lesbar. Beispiel für
12

einen genormten Balkencode ist die europäische Artikelnummerierung EAN, die auf sehr
vielen Handelsartikeln aufgebracht ist. Die Verpackung der Artikel dient zugleich als
Datenträger. Die Europäische Artikelnummerierung gibt es als 13-stellige oder verkürzte 8stellige
Ziffernfolge.
Abb.: EAN-Code und EAN-Nummer
Mit der 13-stelligen Nummer wird jeder Artikel eindeutig identifiziert, eine zusätzlich
firmeninterne Kennzeichnung ist nicht mehr notwendig. Das EAN-Symbol besteht aus einer
Reihe von parallelen dunklen Balken unterschiedlicher Breite auf hellem Grund, das durch
eine Klarschriftzeile in OCR-B ergänzt wird. Das Symbol besteht aus zwei Hälften, die
unabhängig voneinander gelesen werden können, somit kann der Code sowohl von rechts
nach links als auch umgekehrt gelesen werden. Die GLN (Global Location Number) wird
durch die jeweilige EAN-Organisation des jeweiligen Landes vergeben (für Österreich:
http://www.gs1.at/) und wird zur Identifikation von Unternehmen bzw.
Unternehmensbereichen benötigt. Von der Länge der GLN (7 bzw. 9 Stellen inkl.
Länderpräfix) hängt ab, wie viele Stellen des EAN-Codes ein Unternehmen für die
Artikelnummerierung zur Verfügung hat.
Für die obige Abbildung heißt das: Herstellerland ist Deutschland, der Hersteller ist BASF,
das Produkt eine Videokassette E 300.
Mittlerweile kommen neben dem klassischen EAN Code viele andere grafische Codes zum
Einsatz. Die ÖBB verwenden für Fahrkarten z.B. Data Matrix Codes.
Abb.: grafische Codes
Ein weiteres Beispiel für einen grafischen Code ist der QR-Code. Wozu dient der QR-Code?
Man fotografiert den QR-Code mit dem Handy und über einen Codereader wird die im Code
enthaltene Information entziffert. So gelangt die Information (Website, Handynummer, Text,
etc.) ins Telefon. Neuere Handys sind mit einem QR-Codereader ausgestattet, viele andere
13

javafähige Telefone können aber auch sehr einfach per Download nachgerüstet werden.
Beispiele für solche Codereader sind:
• Kaywa reader http://reader.kaywa.com/
• i-nigma reader http://www.i-nigma.com/i-nigmahp.html
• Glass reader http://www.activeprint.org/download.html
QR-Codes werden von Firmen und Institutionen verwendet, man kann jedoch auch selbst QR-
Codes im Internet generieren. Ein Vermarktungsbeispiel:
http://filmvermarktung.blogspot.com/2007/12/coding-neue-wege-fr-daskinoticketing.html#links
Abb.: Flyer mit QR-Code
1.1.3.3. Digitale Kamera
Eine digitale Fotokamera zeichnet Bilder auf und speichert diese in digitaler Form (meist
JPEG-Format). Die einzelnen Bilder werden üblicherweise mittels USB-Schnittstelle oder
Speicherkartenlesegerät auf den PC übertragen, wo sie nachbearbeitet, gespeichert und
gedruckt werden können. In vielen Bereichen gleicht die Funktionsweise digitaler Kameras
jener ihrer analogen Gegenstücke. Das Licht fällt durch das Objektiv ein, wird aber nicht auf
einen Zelluloidstreifen, sondern auf einen fotosensorischen Chip geworfen. Dafür wird meist
ein Charged Coupled Device Sensor (CCD) verwendet, der sich aus einer großen Anzahl
Fotoelektroden zusammensetzt. Diese erzeugen je nach Helligkeit des eintreffenden Lichts
eine Spannung, die von einem Analog/Digital-Wandler in digitale Werte umgerechnet wird.
Für die Qualität der Fotos ist neben der Elektronik der Kamera natürlich nach wie vor die
Optik von großer Bedeutung.
Wichtige Auswahlkriterien für Digitalkameras:
14

• Auflösung: Diese wird in Bildpunkten angegeben (Pixel). Derzeit geläufige Werte
sind 5 Millionen Bildpunkte bis über 12 Megapixel auch für den nicht-professionellen
User.
• Komprimierung: Um Speicherplatz zu sparen, werden die Bilder komprimiert. Meist
wird das Format JPEG verwendet. Aufgrund immer kleinerer und billigerer
Speichermedien erhöht sich die Quantität (Anzahl der gespeicherten Bilder) so wie
auch deren Qualität (Auflösung).
• Brennweite: angegeben in mm, ist meist geringer als bei analogen Modellen.
• Zoomfunktion: optisches vs. digitales (Vergrößerung wird extrapoliert) Zoom
• Speicher: Als Speichermedien werden meist SD (Secure Digital) Speicherkarten
verwendet.
• Die Kameras besitzen einen kleinen Monitor (oft schon anstatt des optischen Suchers),
auf dem die Bilder sofort überprüft und gegebenenfalls gelöscht werden können.
1.1.3.4. Digitale Camcorder
Bei der Aufzeichnung mit DV-Camcordern sind zwei Dinge wichtig: Zum einen wird das
vom Aufnahmesensor gelieferte Bild – bei dem es sich zunächst um ein ganz normales
Analogfernsehbild handelt – digitalisiert. Das bedeutet, dass ein Spezialchip in der Kamera
die Farben und Helligkeitswerte jedes einzelnen Bildpunktes im Video in einen Zahlenwert
übersetzt. Da die Datenmenge eines solchen Videofilmes mit seinen 25 Bildern pro Sekunde
jedoch zu hoch wäre, um sie auf das vergleichsweise kleine und langsam laufende
Magnetband in der DV-Kassette schreiben zu können, erfolgt nicht nur die Umwandlung in
digitale Zahlenwerte, sondern gleichzeitig eine Kompression der Bilder. Diese Kompression
erfolgt mit einem leichten Qualitätsverlust gegenüber dem Original. Dennoch ist die
Bildqualität der digitalen Camcorder einer Kamera mit analoger Aufnahmetechnik weit
überlegen. Die Datenübertragung auf den Computer erfolgt über USB- oder Firewire-
Schnittstellen. Dort kann der Film geschnitten und nachbearbeitet werden. Moderne Geräte
bieten mittlerweile eine Auflösung bis zu HD (High Definition, 1920x1080 Pixel). Mittels
sogenannter Bildstabilisatoren können manche Kameras die auftretenden Verwackler
erkennen und ausgleichen. Außerdem können viele Camcorder auch als digitale Foto-
Kameras eingesetzt werden.
CCD-Anzahl: Die meisten Camcorder für den Amateurbereich besitzen einen CCD-Sensor.
Einige Modelle im semiprofessionellen Bereich verfügen dagegen über 3 CCDs – eine
Technik, die sie von professionellen Digitalkameras übernommen haben. Innerhalb der
Kamera sorgt eine spezielle Optik dafür, dass das durch das Objektiv einfallende Licht in
seine Grundfarben Rot, Grün und Blau aufgeteilt wird. Jeder der drei Sensoren nimmt daher
nur einen Farbanteil des gesamten Videobildes auf. Der Aufwand lohnt sich: Die Bilder
werden sichtbar brillanter und schärfer abgebildet als bei 1-CCD-Kameras.
Webcam Eine Webcam ist eine Videokamera, die zur Kommunikation über das Internet
genutzt wird. Sie wird direkt am Computer angeschlossen bzw. ist heute schon oft im oberen
Rand des LCD-Monitors eingebaut (Laptops, Netbooks). Sie funktioniert wie ein Camcorder,
mit dem Unterschied, dass die Daten direkt zum PC übertragen werden. Programme wie z. B.
„Skype“ können das „Live-Bild“ dann gleich über das Internet übertragen. Manche Websites
verwenden Livecams, um ständig aktuelle Informationen zu übertragen (z. B. Wetter).
15

1.1.4. Akustische Eingabe
Die Verarbeitung von Audioinformationen ähnelt jener von Bildinformationen. Diese
Aufgabe übernimmt in der Regel ein eigener „Soundchip“ eines Computers, wobei bei der
Eingabe die analoge Information in digitale umgewandelt wird und bei der Ausgabe eine
Rückumwandlung stattfindet. Schwerpunkt der Audioeingabe ist die Spracheingabe.
1.1.4.1. Akustische Eingabe
Die Verarbeitung von Audioinformationen ähnelt jener von Bildinformationen. Diese
Aufgabe übernimmt in der Regel ein eigener „Soundchip“ eines Computers, wobei bei der
Eingabe die analoge Information in digitale umgewandelt wird und bei der Ausgabe eine
Rückumwandlung stattfindet. Schwerpunkt der Audioeingabe ist die Spracheingabe. Der
Mensch wertet gesprochene Sprache auf mehreren Ebenen aus, wie Sprachsignal, Wort, Satz,
Tonfall, Tonhöhe usw.; sehr viele für das Verstehen nicht unmittelbar notwendige
Informationen werden dabei mitgeliefert. Für die maschinelle Bearbeitung erweisen sich diese
(für unser Ohr vertrauten) Besonderheiten der natürlich gesprochenen Sprache als Probleme
bei der weiteren Bearbeitung.
Die Bearbeitung von natürlich gesprochener Sprache teilt sich in zwei Teilgebiete:
• Spracherkennung: Dabei soll festgestellt werden, was gesprochen wurde. Bestimmte
Muster müssen durch Vergleich erkannt und verarbeitet werden. Dazu gibt es Systeme
zum Erkennen isoliert gesprochener Worte (Einzelworterkennung) und zum Erkennen
fließender Rede. Systeme zur Sprachanalyse und zum Sprachverstehen, die
analysieren und Schlüsse ziehen, worüber gesprochen wurde, zählen zum Bereich der
Künstlichen Intelligenz.
• Sprechererkennung: Dabei geht es um die Ermittlung, wer gesprochen hat. Anhand
des Klangbildes der Sprache (das einzigartig wie der Fingerabdruck eines Menschen
ist) wird überprüft, wer der Sprecher ist. Eingesetzt wird die Sprecherverifikation für
Zugangskontrollen bei Banken, Rechenzentren usw.
Mit der immer größeren Rechenleistung moderner PC-Systeme steigen auch die Trefferraten
bei der Spracherkennung. Dennoch soll der Sprecher die Wörter langsam und exakt
aussprechen. Nach einer Trainingsphase erreichen die Systeme mittlerweile schon sehr hohe
Trefferraten. Das Erkennen von fließend gesprochener Sprache, unabhängig vom Sprecher, ist
derzeit auf PCs jedoch noch nicht zu 100% realisierbar.
Durch die Verwendung von natürlich gesprochener Sprache wird der Eingabevorgang
beschleunigt, die Einarbeitungszeit verkürzt sich, die Hände werden zur Eingabe nicht
benötigt, wodurch sich die Bewegungsfreiheit erhöht. Eingesetzt werden
Spracheingabesysteme beispielsweise bei der Post zur Paketumleitung oder für die
16

Lagerbewirtschaftung. Die Zielorte der Pakete werden mit der Spracheingabe angegeben, die
Hände bleiben frei zum Bewegen der Pakete. Die Spracheingabe kann auch zur
Systemsteuerung verwendet werden. Befehle können über die Spracheingabe ausgewählt
werden. Die Systeme können auch kombiniert werden, wie beispielsweise bei der
Textverarbeitung der Text über Tastatur eingegeben wird, Schriftattribute, wie Fettdruck
werden über die Spracheingabe gesteuert, die Hände können so immer auf der Tastatur liegen
bleiben. Durch die Kombination von Spracheingabe und -ausgabe werden neue Anwendungen
ermöglicht, insbesondere für Menschen mit besonderen Bedürfnissen eröffnen sich neue
Möglichkeiten.
1.2. Ausgabe
Ausgabegeräte wandeln digitale Informationen des Computers in analoge Informationen und
Darstellungen um, welche vom Menschen erfasst und verstanden werden können. Die
wichtigsten Ausgabegeräte sind Monitor und Drucker, aber auch digitale Projektoren und
akustische Informationsausgabe gewinnen immer mehr an Bedeutung.
1.2.1. Bildschirm
Der Bildschirm ist eines der am häufigsten verwendeten Ausgabegeräte. Die Daten werden
für das Auge vorübergehend erkennbar auf einem Schirm dargestellt. Damit der Monitor
weiß, was er darstellen soll, erhält er seine Signale von der Grafikkarte im PC als Bildsignale
und Synchronisationssignale, welche die vertikale und horizontale Ausrichtung steuern. Je
höher die Auflösung, die Farbtiefe und die Bildwiederholrate, desto größer sind die
Anforderungen an die Grafikkarte. Zusätzlich zur Grafikkarte werden auch Grafiktreiber
benötigt, die für das Betriebssystem eine möglichst einheitliche Schnittstelle für
unterschiedliche Grafikkarten zur Verfügung stellen sollen. Die Anforderungen im Office
Bereich werden heute von jeder handelsüblichen Grafikkarte erfüllt. Nur moderne 3D-Spiele
erfordern oft den Einsatz spezieller, leistungsfähiger und dann oft auch sehr teurer
Hochleistungsgrafikkarten. Waren früher CRT-Monitoren (Kathodenstrahlröhre) üblich,
haben sich in den letzten Jahren LCD-Monitoren (Flüssigkristallanzeige) als Standard
durchgesetzt.
1.2.1.1. Flüssigkristallanzeige (LCD)
In Glasflächen eingeschlossene Substanzen bekommen durch das Anlegen einer Spannung
andere optische Eigenschaften, es wird zwischen Lichtdurchlässigkeit und
17

Lichtundurchlässigkeit gewechselt, wodurch dem Betrachter ein angesteuerter Bildpunkt hell
bzw. dunkel erscheint. Die Ansteuerung erfolgt im Allgemeinen durch eine Elektrodenmatrix,
die Flüssigkristalle können aber auch mittels Laserstrahl erwärmt und dadurch kann das
Polarisationsverhalten verändert werden. LCD-Bildschirme sind sehr flach, haben ein
geringes Gewicht und einen geringen Stromverbrauch.
Statt Licht auszustrahlen, reflektieren passive LCD-Bildschirme dieses, woraus sich ein
geringer Stromverbrauch ergibt (Akkubetrieb ist möglich). Sie werden daher vor allem bei
tragbaren Geräten verwendet. Die passive LCD-Anzeige ist aber kontrastarm und hat eine
geringe Helligkeit, das Bild kann nur in einem engen Betrachtungswinkel gelesen werden.
Bei aktiven LCD-Schirmen (Aktiv-Matrix-Bildschirme, TFT-Bildschirme) werden die
einzelnen Bildpunkte über Dünnfilmtransistoren individuell aktiviert. Durch eine besonders
hohe Beweglichkeit der Kristalle und die präzise Ansteuerung werden die Reaktionszeiten
verkürzt und Schattenbildeffekte vermieden. Es entsteht ein scharfes, flimmerfreies Bild
(auch bei geringen Bildwiederholraten). Die Farbkalibrierung für die Drucktechnik ist kaum
möglich.
1.2.1.2. Plasmaschirm
Der Plasmabildschirm besteht aus zwei Glasplatten, zwischen denen ionisiertes Gas (Plasma)
eingeschlossen ist. In einer der Glasplatten befinden sich feine, horizontale Stromleiter, in der
anderen Glasplatte vertikale. Erhält die Kreuzung zweier Leiter einen Stromstoß, so beginnt
der Bildpunkt zu leuchten. Eine zusätzliche ständige Spannung auf allen vertikalen und
horizontalen Stromleitern sorgt dafür, dass ein 'angezündetes' Rasterbild beliebig lange
erhalten bleibt. Plasmamonitoren sind sehr flach und leicht; eingesetzt wird die
Plasmatechnologie hauptsächlich für Fernsehgeräte und Präsentationsmedien.
1.2.1.3. Faktoren
Die optische Qualität der Bildschirmanzeige wird durch folgende Faktoren bestimmt:
• Bildschirmgröße: Die angemessene Größe des Bildschirmes hängt von der jeweiligen
Aufgabe ab. Grafische Aufgaben verlangen einen größeren Bildschirm als Aufgaben,
bei denen mit Texten oder Zahlen gearbeitet wird. Als Bildschirmgröße wird die
Diagonale in Zoll gemessen: 15, 17, 19, 21 bzw. 24 Zoll für Anwendungen, bei denen
direkt am Bildschirm gestaltet wird, z. B. CAD, DTP. Durch den enormen Preisverfall
der LCD-Monitoren kann man heute 19 Zoll und darüber als Standardgröße ansehen.
• Auflösung: Sie wird durch die in horizontaler und vertikaler Richtung darstellbare
Gesamtzahl von Pixeln (Bildpunkten) angegeben. Gängige Auflösungen sind:
•
o VGA: 640 x480
o SVGA: 800 x 600
o XGA: 1024 x 768
18

o SXGA: 1280 x 1024
o HDTV: 1920 x 1080
o QXGA: 2048 x 1536
Als absolute Untergrenze ist heute eine XGA-Auflösung (1024 x 768) anzusehen; darunter ist
das Arbeiten mit modernen Benutzeroberflächen nur schwer möglich.
• Farbdarstellung (Farbtiefe): Die Darstellung von Farben reicht je nach verwendetem
Bildschirm und verwendeter Grafikkarte von monochrom bis zu Millionen von
Farben. Sie wird in Bit angegeben.
• Bildwiederholfrequenz: Die Bildwiederholfrequenz hängt bei CRT-Monitoren von der
Nachleuchtdauer des Phosphors ab. Ein flimmerfreies Bild wird ab einer
Bildwiederholrate von 75 Hz erreicht. Ein Flimmern des Bildschirmes wirkt sehr
ermüdend auf die Augen. LCD-Monitoren werden üblicherweise mit 60 Hz
angesteuert, bei der LCD-Technologie gibt es üblicherweise kein Flimmern.
• Bildschirmoberfläche: Die Oberfläche soll möglichst reflexionsarm sein -
Bildschirmgeräte sind so aufzustellen, dass sich keine Fenster oder Lichtquellen in
ihnen spiegeln. Der Kontrast zwischen Zeichen und Hintergrund soll frei einstellbar
und zwischen 1:5 und 1:15 liegen.
Je höher die Auflösung, die Farbtiefe und die Bildwiederholrate, desto größer sind die
Anforderungen an die Grafikkarte. Grafikkarte und Monitor müssen sinnvoll aufeinander
abgestimmt werden, damit die volle Leistung beider Komponenten genutzt werden kann. Die
Einstellung der Auflösung, der Bildwiederholrate und der Farbtiefe erfolgt entweder
automatisch oder benutzergesteuert über ein Auswahlmenü am Bildschirm.
1.2.2. Digitale Projektoren
Der Aufbau von LCD-Projektoren ähnelt jenem von Diaprojektoren. Anstelle eines Dias wird
ein LCD-Panel durchleuchtet und mit Hilfe eines Objektivs an die Wand projiziert. Dabei
macht man sich den optischen Effekt der doppelbrechenden Wirkung der Flüssigkristalle
beim Anlegen einer Spannung zu Nutze. Weißes Licht von der Projektorlampe wird je nach
angelegter Spannung von einer Zelle durchgelassen oder zu einem bestimmten Grad
absorbiert. Um farbige Bilder zu erzeugen, wird das Licht durch Prismen oder
halbdurchlässige Spiegel in die drei Grundfarben getrennt und damit das LCD-Panel
beleuchtet. Die durchgehenden Strahlen werden anschließend wieder überlagert und ergeben
das farbige Bild.
Eingesetzt werden Datenprojektoren zur Präsentation von Computer- und Videobildern, aber
auch in der Unterhaltungselektronik (Heimkino) finden sie immer mehr Einsatz. Die Qualität
des Projektors wird bestimmt durch die Lichtstärke (gemessen in ANSI-Lumen, derzeitige
Werte zwischen 1000 und 4000), durch die Auflösung (in Pixeln) sowie die Ausstattung wie
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Schnittstellen, Zusatzeinrichtungen wie Laserpointer, Lautsprecher. Der Projektor muss
immer den Raumverhältnissen bzw. der Bildgröße angepasst werden.
Betrachtet man die Entwicklungstendenzen bei der grafischen Ausgabe, so zeigt sich
einerseits eine Tendenz zur Verkleinerung in Form von so genannten Microdisplays, die
direkt auf die Linse des Auges projizieren. Diese Displays werden wie eine Brille getragen.
Auf der anderen Seite wird versucht, dreidimensionale Gegenstände auf Bildschirmen
darzustellen. Stereoskopische Displays ermöglichen eine dreidimensionale Wahrnehmung
von Bildern durch Brillen oder Datenhelme. Das linke und das rechte Auge nehmen
unterschiedliche Bilder wahr, es entsteht ein 3D-Bild (vgl. 3D-Filme). Volumetrische
Displays ermöglichen eine echte 3D-Darstellung, dem Benutzer wird eine 360°-Ansicht
ermöglicht.
1.2.3. Drucker
Drucker sind Ausgabegeräte, die visuell darstellbare Daten (Text, Bilder) auf Druckträger
(meist Papier) ausgeben. Durch Kontrasterzeugung werden die Daten visuell lesbar. Man
unterscheidet zwischen Anschlagdruckern (Nadeldrucker) und anschlagfreien Druckern
(Tintenstrahl-, Thermo-, Laserdrucker). Anschlagdrucker bringen die Farbe durch
mechanische Schläge auf das Papier (vgl. Schreibmaschine). Die anschlagfreien Drucker
arbeiten ohne mechanischen Anschlag, sie sind wesentlich leiser, können aber keine
Durchschläge erzeugen. Von Spezialanwendungen abgesehen, werden derzeit in erster Linie
anschlagfreie Drucker verwendet.
1.2.3.1. Leistungskriterien
Wichtige Leistungskriterien für Drucker sind:
• Druckgeschwindigkeit: Anzahl der Seiten pro Minute
• Druckqualität: Farb- und Grafikfähigkeit bzw. Fotodruck, Schriftbild, Auflösung (in
Bildpunkten pro Zoll = dpi)
• Zeichenvorrat: Anzahl der Schriftarten
• Technik des Papiertransports: Endlospapier, Einzelblatteinzug, Anzahl der
Einzugsschächte, doppelseitiger Druck (Duplex-Einheit)
• Ergonomie: Lärmbelästigung, Bedienungsfreundlichkeit
• Anschlusstechnik: Art der Schnittstellen , Netzwerkfähigkeit
• Anschaffungs- und Betriebskosten: Kosten für Verbrauchsmaterial wie Toner,
Tintenpatronen.
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1.2.3.2. Thermodrucker
Wärmeempfindliches Papier wird durch eine Matrix von Heizstäben an den jeweiligen Stellen
erwärmt. Die Druckgeschwindigkeit dieser sehr leisen und billigen Drucker beträgt zwischen
10 und 100 Zeichen/Sekunde. Thermodrucker werden bei einfachen Faxgeräten und oft auch
bei Kassen verwendet. Das wärmeempfindliche Papier reagiert auf Licht und auch auf
mechanischen Druck und ist für längere Archivierung nicht geeignet. Da diese Ausdrucke oft
schon nach wenigen Wochen nicht mehr lesbar sind, sollte eine elektronische Archivierung
erfolgen oder eine (klassische) Fotokopie angefertigt werden (Belege, Rechnungen –
Garantie!).
1.2.3.3. Tintenstrahldrucker
Aus kleinen Düsen wird in einer Matrix oder durch direkte Ablenkung der Düsen Tinte auf
ein saugfähiges Papier aufgetragen. Vorteile von Tintenstrahldruckern sind eine fast
geräuschlose Arbeitsweise und eine sehr gute Druckqualität, auch in Farbe. Die
Druckgeschwindigkeit liegt zwischen 2 und 20 Seiten/Minute. Moderne Tintenstrahldrucker
erreichen heute Fotoqualität und sind in der Anschaffung meist sehr günstig, die
Betriebskosten (Tinte, Druckkopf) können jedoch recht hoch sein.
1.2.3.4. Laserdrucker
Die Arbeitsweise ist wie bei einem Kopiergerät, die Druckqualität von Laserdruckern ist gut,
die Druckgeschwindigkeit sehr hoch. Der Druckprozess lässt sich in sechs Schritte gliedern:
1. Elektronische Aufbereitung der Druckdaten im Rechner: Zu druckende Daten
gelangen von der Applikation über den Druckertreiber in Form eines Datenstroms
bzw. einer Seitenbeschreibungssprache (z. B. PostScript, PCL) zum Drucker, der über
einen eigenen Prozessor verfügt. Es entsteht ein dem Drucker entsprechendes
Rasterbild.
2. Vorbereitung (Aufladung) des Fotoleiters: Die Fotoleitertrommel wird elektrostatisch
aufgeladen.
3. Generierung des Ladungsbildes auf dem Fotoleiter mittels Zeichengenerator
(gebündelter Laserstrahl). Es entsteht ein elektronisches Abbild der zu druckenden
Seite.
4. Entwicklung des Ladungsbildes mit Toner: Elektrostatisch aufgeladener Toner wird
auf den Fotoleiter aufgebracht (entgegenorientierte Ladungen ziehen sich an).
5. Transfer des Ladungsbildes auf den Druckträger (meist Papier).
6. Fixierung des Toners auf dem Druckträger durch Hitze- bzw. Druckfixierung.
1.2.3.5. Farblaser
Der Laserdruck mit Vollfarbe erfolgt wie im Offsetdruck mit vier Farben (Cyan, Magenta,
Yellow, Black) und erfordert vier Druckstationen zur Aufbringung des Toners auf den
Druckträger.
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1.2.3.6. Plotter
Beim Plotter bewegt sich die Schreibvorrichtung (z. B. Tuschestift, Schneidewerkzeug) in
zwei Richtungen (x- und y-Koordinate), bei Trommelplottern wird das Papier in eine der
Richtungen bewegt. Der Plotter arbeitet im Gegensatz zum Drucker in beiden Richtungen.
Anwendungen für Plotter sind Konstruktionszeichnungen, Diagramme usw.
1.2.4. Akustische Ausgabe
Bei der akustischen Ausgabe werden Daten in einer akustisch wahrnehmbaren Form direkt
über Lautsprecher ausgegeben. Signalausgabe: Akustische Signale werden ausgegeben, um
beispielsweise die Benutzenden auf fehlerhafte Bedienung aufmerksam zu machen.
Akustische Signale werden einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen und in einer digitalen
Form abgespeichert (heute oft als mp3). Aus dem gespeicherten Vorrat wird die gewünschte
Sequenz ausgewählt und über Lautsprecher ausgegeben. Akustische Ausgabe wird vor allem
bei multimedialen Systemen verwendet, wo Bildsequenzen durch akustische Ausgabe
erläutert werden.
Sprachausgabe mit synthetischer Sprache: Aus schriftlichen Zeichen werden Phoneme nach
den Regeln einer bestimmten Sprache generiert. Der Sprachumfang ist im Gegensatz zur
natürlich gesprochenen Sprachausgabe wesentlich höher, weil aus beliebigen
Zeichenkombinationen Phoneme gebildet werden können. Die synthetische Sprache klingt
aber meist noch fremdartig.
1.3. Verarbeitung
Bei der Verarbeitung werden die vom Menschen erfassten Daten, welche nun bereits in
digitaler Form vorliegen, auf Basis definierter Handlungsanweisungen und Regeln verarbeitet,
mit dem Ziel ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen (z.B. die Berechnung von
Kreditrückzahlungsraten). Die Ergebnisse werden mit Hilfe der Ausgabegeräte, in einer vom
Menschen lesbaren Form (als Zahl oder Grafik am Monitor oder auf einem Ausdruck - also
analog), dargestellt bzw. ausgegeben.
22

1.3.1. Aufbau und Arbeitsweise von Computersystemen
• Als Hardware werden alle materiellen Komponenten bezeichnet. Die Hardware führt
letztlich alle Funktionen eines Computersystems aus.
• Damit ein Computersystem aber auch die richtigen Funktionen ausführt, muss es die
entsprechenden „Handlungsvorschriften” befolgen. Diese immateriellen Bestandteile
eines Computersystems werden unter dem Begriff Software zusammengefasst.
1.3.2. Hardware
Das Kernstück ist jener Bestandteil eines Computersystems, der alle Rechenoperationen
durchführt und die übrigen Komponenten steuert: Dieser Bestandteil wird als Zentraleinheit
bzw. als CPU (Abk. für „Central Processing Unit”) bezeichnet. Die anderen
Hardwarekomponenten rücken dagegen an den Rand: Sie werden unter dem Namen
Peripherie zusammengefasst.
1.3.2.1. Zentraleinheit
• Kernstück der Zentraleinheit ist der Prozessor. Dieser wiederum besteht im
Wesentlichen aus zwei Bestandteilen:
o Das Leitwerk holt aus dem Arbeitsspeicher (s.u.) die auszuführenden
Anweisungen, die in Maschinensprache vorliegen, und veranlasst die übrigen
Komponenten des Computersystems zu entsprechenden Aktionen.
o Das Rechenwerk ist, wie schon sein Name sagt, für die Rechenoperationen
zuständig.
o Sowohl Leit- als auch Rechenwerk verfügen für ihre Aufgaben über einen
kleinen Satz von besonders rasch ansprechbaren, manchmal auch nur für
Spezialzwecke einsetzbare Speicherzellen, die als Register bezeichnet werden.
o Ein Prozessor, der in Form eines einzigen hochintegrierten elektronischen
Bauelements – eines „Chips” – vorliegt, wird als Mikroprozessor bezeichnet.
Die Entwicklung von Mikroprozessoren als standardisierte, preisgünstige und
kompakte elektronische Bauteile war eine wesentliche Voraussetzung dafür,
Computer kleiner und billiger zu machen, sodass heute die Rechnerleistung
nicht in Form von wenigen, zentral aufgestellten „Großrechnern”, sondern an
jedem Arbeitsplatz als „Personal-Computer” verfügbar ist.
Moderne Prozessoren (im PC-Bereich meist von den Herstellern Intel oder AMD) arbeiten
mit Taktfrequenzen bis zu 3GHz und verfügen oft schon über mehrere CPU-Kerne (Multi-
Core CPU).
23

Abb.: Aufbau einer Zentraleinheit
• Zweiter wesentlicher Bestandteil der Zentraleinheit ist der Arbeitsspeicher (auch als
Hauptspeicher bezeichnet). Dieser enthält alle (Maschinen-) Programme, die
momentan ausgeführt werden, sowie alle Daten, mit denen diese Programme
momentan arbeiten. Dieser Speicher liegt im Wesentlichen in zwei Grundformen vor:
o Die im laufenden Betrieb zweifellos wichtigere Form ist der les- und
beschreibbare Speicher, irreführenderweise als RAM („Random Access
Memory”, Speicher mit Zugriff auf eine beliebige Speicherstelle) bezeichnet.
Da dieser Speicher sowohl gelesen als auch geschrieben werden kann, eignet
er sich, um Daten oder auch Programme, die von einem Speichermedium
geladen werden, aufzunehmen. Er verliert allerdings seinen Inhalt, sobald der
Strom ausgeschaltet wird.
o Der Inhalt eines nur lesbaren Speichers („Read-Only Memory”, ROM) kann
hingegen nicht mehr geändert werden. Er geht aber auch nicht verloren, wenn
der Strom ausgeschaltet wird; ROMs eignen sich daher dazu, jenes Programm
aufzunehmen, das nach dem Einschalten des Computers das Betriebssystem
von einem Speichermedium lädt und damit die volle Funktionsfähigkeit des
Computersystems herstellt. Auch Teile des Betriebssystems selbst oder
wichtige Anwendungsprogramme können im ROM gespeichert sein.
o Als Alternative zum ROM kann auch Flash Memory eingesetzt werden. Auch
Flash Memory behält seinen Inhalt, wenn der Strom ausgeschaltet wird, im
Unterschied zum ROM kann jedoch sein Inhalt verändert („reprogrammiert”)
werden. Der Vorgang des Reprogrammierens ist jedoch sehr aufwändig, sodass
sich Flash Memory nicht als Ersatz für RAM-Speicher einsetzen lässt.
o Optional kann zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher ein Cache-Speicher
zwischengeschaltet werden. Dabei handelt es sich um RAM-Speicher
schnellerer Bauart, der häufiger gebrauchte Programmteile und Daten für den
Prozessor verfügbar hält. Durch den Einsatz eines Cache-Speichers kann der
Arbeitsspeicher eines Computers mit langsameren (und damit billigeren)
24

Bauelementen realisiert werden, ohne dass es zu einer wesentlichen
Verringerung der Rechengeschwindigkeit kommt.
o Sofern dies von der Hardware der Zentraleinheit und dem Betriebssystem
unterstützt wird, kann auch der umgekehrte Weg gegangen werden. Nicht
benötigte Programmteile und Daten werden auf den Hintergrundspeicher
„ausgelagert”. Dem Anwendungsprogramm wird jedoch vorgespiegelt, dass
sich diese Programmteile nach wie vor im Arbeitsspeicher befinden, indem sie
bei der nächsten Verwendung durch das Programm wieder „eingelagert”
werden (auf Kosten anderer Programmteile, die Platz machen müssen); dies
alles spielt sich für das Anwendungsprogramm vollständig unsichtbar ab; da
den Anwendungsprogrammen dadurch die Existenz von mehr Hauptspeicher,
als tatsächlich vorhanden, vorgespiegelt wird, wird das Verfahren als virtueller
Speicher bezeichnet).
• Schließlich gibt es noch die Schnittstellenbausteine, die das Bindeglied zwischen
Zentraleinheit und Peripherie bilden (der Begriff „Schnittstelle” wird hier im Sinne
eines Verbindungspunktes von technischen Komponenten verwendet); ihre Aufgabe
ist einerseits die Erzeugung jener Signale, die geeignet sind, ein bestimmtes
Peripheriegerät (z. B. einen Bildschirm oder eine Festplatte) anzusteuern, andererseits
die Interpretation der von diesen Geräten kommenden Signale und das Bereitstellen
der korrespondierenden Eingaben für die CPU.
Diese Komponenten sind durch ein System von (elektrischen) Verbindungswegen, dem Bus,
miteinander verbunden. Je nach Funktion lassen sich die Leitungen des Busses in drei
Kategorien gliedern:
•
o Die Daten und Befehle selbst werden zwischen dem Prozessor und dem
Arbeitsspeicher bzw. den Schnittstellenbausteinen auf dem Datenbus
übertragen. Die „Breite” (d. h. die Anzahl der Leitungen) des Datenbusses
bestimmt, welche Datenmenge auf einmal zwischen dem Prozessor und dem
Speicher übertragen werden kann und ist damit ein Faktor, der die
Rechengeschwindigkeit festlegt.
o Es muss aber auch festgelegt werden, welche Speicherzelle bzw. welcher
Schnittstellenbaustein der „Ansprechpartner” des Prozessors ist. Diese
Information überträgt der Adressbus. Die Breite des Adressbusses legt fest,
wie viel Arbeitsspeicher ein Prozessor maximal ansprechen kann.
o Im Steuerbus schließlich sind alle jene Signale zusammengefasst, die für
verschiedene andere Zwecke vorgesehen sind (z. B. ob der Datentransfer vom
oder zum Prozessor erfolgt oder ob sich ein Peripheriegerät in einem Zustand
befindet, auf den der Prozessor rasch reagieren muss).
o Eine besondere Rolle spielt das Taktsignal. Die Geschwindigkeit, die dieser
„Dirigent” vorgibt, bestimmt das Arbeitstempo der Zentraleinheit. Zusammen
mit dem Prozessortyp (der die verfügbaren Befehle der Maschinensprache, die
Dauer jedes dieser Befehle in Taktzyklen, allfällige prozessor-interne
Optimierungen bei der Abarbeitung von Befehlen, aber auch die Breite des
Datenbusses und die Größe eines Wortes definiert) ist damit die
Rechenleistung eines Computers festgelegt. Die Gesamtleistung eines
Computersystems hängt aber auch noch von der Leistungsfähigkeit der
Peripherie, insbesondere der Speichermedien, sowie vom Aufgabenmix ab, der
25

mit diesem Computersystem bewältigt werden soll, und der all diese
Komponenten unterschiedlich stark beanspruchen kann.
Die Leitungen des Busses werden auch in Form von standardisierten Steckplätzen zur
Verfügung gestellt, sodass das Computersystem mit entsprechenden Karten um
unterschiedliche Komponenten (für Externspeicher, Bildschirme, lokale Netzwerke, ...)
erweitert werden kann. Gängige Formen von Steckplätzen sind PCI („Peripheral Component
Interconnect”) und PCI-Express. In portablen Systemen werden hierfür auch PCMCIA und
Mini PCI eingesetzt.
1.3.2.2. Peripherie
Die Peripherie eines Computers dient im Wesentlichen drei Zwecken, nämlich:
• der Kommunikation mit dem Benutzer,
• der Aufbewahrung (Speicherung) von Daten sowie
• dem Datenaustausch mit anderen Computersystemen.
Peripheriegeräte werden über geeignete Kabel und Stecker an die Zentraleinheit
angeschlossen. Wichtig ist, dass genormte Schnittstellen zum Einsatz kommen. Der
wichtigste Standard ist heute USB (Universal Serial Bus - http://de.wikipedia.org/wiki/USB).
Beinahe alle Peripherigeräte verfügen heute über eine USB-Schnittstelle. Beispiele: Maus,
Tastatur, Scanner, Drucker, Digitalkamera, …
Bei USB ist darauf zu achten, ob der Standard 1.x oder 2.x unterstützt wird. Werden hohe
Übertragungsraten benötigt (externe Festplatte, Camcorder, Scanner, …) ist darauf zu achten,
dass USB 2.x unterstützt wird. Für den Anschluss von Geräten wie Tastatur, Maus etc. ist
USB 1.x ausreichend.
Neben USB findet man auch noch die IEEE-1394-Schnittstelle („Firewire”), die den
Anschluss von bis zu 63 Peripheriegeräten (z. B. Festplatten, aber auch Multimedia-
Equipment wie DVD und Video-Kameras) erlauben soll. USB 2.x und Firewire zeichnen sich
durch hohe Übertragungsgeschwindigkeit aus (50 bzw. 60 MByte/s).
Ältere Schnittstellentechnologien wie serielle oder parallele Schnittstellen, SCSI (Abk. für
„Small Computer System's Interface”) sind im PC-Bereich kaum mehr anzutreffen.
26

1.4. Speicherung
Zur Speicherung von Daten werden Speichermedien verwendet. Speichermedien dienen dem
Zweck, Informationen über die Zeit hinweg aufzubewahren (zu „speichern”). Dazu werden
Daten auf einem Datenträger aufgezeichnet („geschrieben”) und zu einem späteren Zeitpunkt
wiedergewonnen („gelesen”). Je nach Zweck und Anforderung der Aufgaben ist ein
geeignetes Speichermedium zu wählen.
1.4.1. Klassifizierungsmerkmale
Das Einsatzgebiet eines Speichermediums wird von verschiedenen Faktoren bestimmt:
• Durch die Zugriffsart ist festgelegt, ob auf Daten nur in der Reihenfolge ihrer
Aufzeichnung (rein sequentieller Zugriff) oder in beliebiger Reihenfolge (direkter
bzw. wahlfreier Zugriff) zugegriffen werden kann.
• Die Geschwindigkeit wird durch die Zugriffszeit (die durchschnittliche Dauer des
Zugriffs auf einen beliebigen Datenblock (die kleinste Datenmenge, die mit einem
Mal gelesen oder geschrieben werden kann, bezeichnet ) misst die Leistungsfähigkeit
bei direktem Zugriff) bzw. die Datentransferrate (die Datenmenge je Zeiteinheit, die
bei Transfers von größeren, zusammenhängend aufgezeichneten Datenmengen gelesen
oder geschrieben werden kann) angegeben.
• Die Speicherkapazität gibt an, welche Menge an Daten auf einem Datenträger
abgelegt werden kann.
• Nicht außer Acht gelassen werden sollten die Kosten. Im Allgemeinen gilt: Je kleiner
die Zugriffszeit und je größer die Kapazität, desto größer sind auch die Kosten.
• All diese Faktoren sind auch durch die verwendete Technologie bestimmt. Derzeit
sind drei Technologien im Einsatz:
o Magnetische Aufzeichnungsverfahren sind die derzeit meistverwendete
Technologie. Sie zeichnen die Information durch unterschiedliche
Magnetisierung einer magnetisierbaren Schicht auf.
o Optische Speicher verwenden optisch abtastbare Merkmale (z. B. Grübchen in
einer Oberfläche). Da mit Lasern kleinere Bereiche angesprochen werden
können als mit Magneten, können damit größere Aufzeichnungsdichten (und
damit größere Speicherkapazitäten) erreicht werden. Speicher auf Basis von
rein optischen Prinzipien sind aber nur einmal beschreibbar (sieht man von
Speichermedien auf Basis der „phase change”-Technologie ab).
o Halbleiterspeicher: Diese sind fast ausschließlich als Flash-Memory
ausgeführt. Die Halbleiterspeicher sind die einzigen Speicher, die ohne
mechanische Teile auskommen. Flash-Speicherbausteine werden z. B. in
Flash-Cards, MM-Cards, SD-Cards, Smartmedia und den allseits beliebten
“USB-Sticks” verwendet. Als Massenspeicher (derzeit bis zu 16 GB) werden
sie vor allem für PDA´s, MP3-Player und Digitalkameras verwendet. (Daneben
gibt es noch für bestimmte Anwendungen batteriegepufferte RAM-Speicher.)
27

Die meisten gegenwärtigen Geräte nutzen die Flash-Technik, es gibt
eine Vielzahl von Speicherkarten auf dem Markt:
CompactFlash (CF), Compact Flash Typ 2
Memory Stick (MS), Memory Stick Pro, Memory Stick DUO, Memory
Stick Pro DUO, Memory Stick Micro (M2)
MultiMedia Card (MMC), MMC RS, MMC Mobile, MMC Micro
Secure Digital Memory Card (SD), Mini SD, Micro SD
Smart Media (SM), wird nicht mehr hergestellt
xD-Picture Card (xD)
Keine Speicherkarte im eigentlichen Sinne, aber aufgrund ähnlicher
Anwendung und Aufbau hier mit aufgeführt ist der USB-Stick. Es gibt
auch USB-Sticks ohne eigenen Speicher, stattdessen mit einem eigenen
Steckplatz für beispielsweise eine Micro-SD-Karte, so dass sie als
Adapter von der Steckernorm dieser Karten auf USB dienen.
Diese Karten sind von unterschiedlichen Größen, und jede ist in einem Bereich der
Speicherkapazitäten vorhanden, die gewöhnlich direkt dem Preis entspricht. Die
CompactFlash-Karte ist in etwa so groß wie ein Streichholzbriefchen, während die
MultiMedia-Card (MMC) und die SD-Card so groß wie eine Briefmarke sind. Neuere
Entwicklungen sind nur noch so groß wie ein Fingernagel. Speicherkarten besitzen
mittlerweile Kapazitäten von bis zu 32 Gigabyte. Derzeit wird unter dem Namen Universal
Flash Storage durch die Solid State Technology Association ein einheitliches
Speicherkartenformat entwickelt. Beteiligt sind u.a. die Firmen Nokia, Samsung, Sony
Ericsson und weitere.
• Speichermedien können in ein Computersystem fest eingebaut (z.B. Festplatten) oder
auswechselbar sein (z.B. Disketten, Wechselplatten, CD-ROMs, ...).
• Im Fall von auswechselbaren Speichermedien spielt auch die Verbreitung von
Laufwerken für das Medium eine Rolle. Werden die betreffenden Medien bzw. die
dazu passenden Laufwerke von mehreren Herstellern angeboten? (Ausschlaggebend
dafür, ob ein Speichermedium zu einem Laufwerk „passt”, sind neben den
physikalischen Maßen auch die Details des Aufzeichnungsverfahrens.) Begünstigend
wirkt die Standardisierung eines Speichermediums.
Um eine optimale Mischung aus schnelleren, aber teuren, und langsameren, aber billigen
Speichermedien zu erreichen, werden Speichermedien hierarchisch in mindestens drei Stufen
organisiert:
• Der Arbeitsspeicher eines Computers enthält alle Programme und Daten, mit denen
die Benutzenden momentan arbeitet. Er ist der schnellste, aber auch der teuerste
Speicher und wird heute ausschließlich als Halbleiterspeicher realisiert.
• Der Hintergrundspeicher dient der permanenten Speicherung von Programmen und
Datenbeständen, die sich im direkten Zugriff des Anwenders befinden müssen. Dazu
werden wiederbeschreibbare Speichermedien mit großer Speicherkapazität, direktem
Zugriff und geringer Zugriffszeit verwendet.
• Der Archivspeicher dient einerseits der Aufbewahrung von Programmen und
Datenbeständen, die sich nicht mehr im Zugriff des Benutzers befinden, jedoch
aufgrund irgendwelcher Umstände (zu gesetzlicher Regelungen) noch aufbewahrt
werden müssen, und andererseits der Speicherung von (periodisch angefertigten)
Sicherungskopien („Backups”) des Hintergrundspeichers. Dazu werden vor allem
billige Speichermedien mit großer Speicherkapazität verwendet.
28

Hintergrund- und Archivspeicher werden unter dem Namen Externspeicher zusammengefasst.
Zwischen Arbeitsspeicher und Externspeicher kann, ähnlich wie zwischen Arbeitsspeicher
und Prozessor, ein Cache-Speicher zwischengeschaltet werden, in dem häufig verwendete
Teile des Externspeichers bzw. erwartungsgemäß demnächst verwendete Teile desselben
(„Vorauslesen”) aufbewahrt werden. Auch können Teile, die von einer Anwendung bereits
geschrieben wurden, solange zwischengepuffert werden, bis das Speichermedium frei wird
zur Durchführung der Schreiboperation („spätes Schreiben”). Durch diese Maßnahmen
können Programme signifikant beschleunigt werden, da sie nicht mehr auf den
(vergleichsweise „langsamen”) Externspeicher warten müssen. Wenn aber Computersysteme
einfach ausgeschaltet werden, ohne einen ordnungsgemäßen Systemabschluss durchzuführen,
kann es passieren, dass Änderungen, die von einem Programm veranlasst wurden, verloren
gehen, da sie noch nicht auf den Externspeicher geschrieben wurden.
Anm.: Nicht in diesem Abschnitt werden behandelt:
• der Arbeitsspeicher eines Computersystems, da Daten in ihm nur temporär für die
Zwecke des Be- und Verarbeitens aufbewahrt werden;
• Speichermedien, die nur mehr historisch bedeutsam sind (zu Lochkarte, Lochstreifen,
Disketten größer als 3,5 Zoll, Laserdisk, Exoten wie Bubble Memory).
1.4.2. Speichermedien mit wahlfreiem Zugriff
Speichermedien mit direktem Zugriff erlauben einen raschen Zugriff auf beliebige Daten,
sofern die Stelle, an der diese Daten abgelegt wurden (die durch die sog. „Adresse”
angegeben wird), bekannt ist; sie werden primär als Hintergrundspeicher verwendet.
1.4.2.1. Die Diskette
Disketten (engl. „floppy disks”) sind magnetische Speichermedien mit vergleichsweiser
kleiner Speicherkapazität (die derzeit verwendeten Disketten mit einer Größe von 3 1/2 Zoll
besitzen eine Speicherkapazität von ca. 1,4 MB; die Zugriffszeit auf einen Sektor (s.u.) liegt
bei 240 ms). Aktuelle Computer verfügen über kein Diskettenlaufwerk mehr.
1.4.2.2. Die Festplatte
Festplatten (engl. „hard disk” bzw. „fixed disk”) sind die „großen Brüder” der Disketten. Sie
stellen typischerweise Speicherkapazitäten von einigen hundert GB (bis zu 2 TB) zur
Verfügung, die typische (durchschnittliche) Zugriffszeit auf einen Sektor liegt bei unter 10
ms. Festplatten können in Computersysteme fest eingebaut sein oder als externe Geräte
(Verbindung mittels USB oder Serial ATA) verwendet werden.
29

Die Festplatte funktioniert prinzipiell auf gleiche Weise wie eine Diskette, anstelle einer
biegsamen wird jedoch eine starre Scheibe verwendet. Mitunter werden mehrere Festplatten
entlang einer gemeinsamen Achse zu einem Plattenstapel zusammengefasst. Spuren, die sich
auf den verschiedenen Platten übereinander befinden, werden ebenso zusammengefasst und
als Zylinder bezeichnet. Die Adresse eines Sektors besteht also aus der Nummer eines
Zylinders, der Nummer der Plattenseite bzw. -oberfläche und der Sektornummer.
Festplatten müssen wie Disketten formatiert werden. Viele Personal-Computer-
Betriebssysteme sehen darüber hinaus die Möglichkeit vor, eine (physische) Festplatte in
mehrere „logische Festplatten” fester Größe (Partitionen) zu unterteilen. Jede
Festplattenpartition kann dann für sich zur Aufnahme von Dateien vorbereitet werden.
In File-Servern und anderen Anwendungsbereichen, bei denen die Verfügbarkeit von
Festplattenspeichern kritisch ist, kann die Ausfallssicherheit beträchtlich erhöht werden,
indem die Platte gespiegelt wird: Eine zweite Festplatte gleicher Größe dient als Ebenbild der
ersten. Alle Schreiboperationen werden auf beiden Festplatten gleichzeitig durchgeführt;
Leseoperationen können wahlweise auf einer der beiden Festplatten ausgeführt werden
(indem abwechselnd von beiden Festplatten gelesen wird, kann die Zugriffsgeschwindigkeit
gesteigert werden). Fällt eine der beiden Festplatten aus, steht der vollständige Inhalt immer
noch auf der anderen Festplatte zur Verfügung.
Abb.: Plattenstapel
Zu diesem Schema wurden verschiedene Verallgemeinerungen ausgearbeitet, die heute unter
der Bezeichnung RAID („Redundant Array of Inexpensive Disks”) angeboten werden.
Gemeinsam ist diesen Schemata, dass mit einer Sammlung von mehreren kleineren, gleich
großen Festplatten der Eindruck einer einzigen, riesengroßen Festplatte erzeugt wird. Bei
vielen dieser Verfahren wird ein Teil der so erzeugten Speicherkapazität (von der Größe einer
der „physischen” Festplatten) für Sicherungsinformationen verwendet, sodass eine Festplatte
ohne Datenverlust (je nach Bauweise des „Disk Arrays” unter Umständen auch während des
Betriebs) ausgetauscht werden kann.
Aber auch das Spiegeln von Festplatten bzw. der Einsatz von RAID macht das periodische
Sichern („Backup”) keinesfalls überflüssig. Löscht z.B. ein Benutzer versehentlich eine
wichtige Datei, werden die betreffenden Änderungen unverzüglich auf allen beteiligten
Datenträgern durchgeführt. Doch nicht nur Benutzungsfehler, auch fehlerhafte
Anwendungssoftware kann wichtige Datenbestände unbrauchbar machen. Abhilfe schafft hier
nur eine vorher angelegte Kopie der Datenbestände (zu auf einem Archivspeicher). Das
30

Sichern von wichtigen Dateien sollte daher regelmäßig entweder automatisiert zu geeigneten
Zeitpunkten (zu jede Nacht) oder durch den Benutzer (zu bei Dienstschluss) durchgeführt
werden.
1.4.2.3. Auswechselbare Speichermedien (Wechsellaufwerke)
Der Bereich der magnetischen Wechselplatten (sie funktionieren ähnlich den Festplatten) ist
gekennzeichnet durch eine Fülle von untereinander oft inkompatiblen, herstellerspezifischen
Systemen. Die Größe der Datenträger folgt dem 3-1/2"- oder 5-1/4"-Formfaktor, sie besitzen
Speicherkapazitäten zwischen 100 MB und 2 GB, die Zugriffszeiten liegen zwischen 10 und
30 ms. Größere Verbreitung im PC-Bereich haben Iomega's ZIP-Laufwerke mit einer
Speicherkapazität von 100 MB, 250 MB oder 750 MB gefunden. Für Archivierungszwecke
gibt es auch magnetische Wechselplatten im zweistelligen GB-Bereich.
1.4.2.4. CD und DVD
Lichtstrahlen (insbesondere Laserstrahlen) lassen sich wesentlich stärker bündeln als
Magnetfelder. Mit der dadurch erreichbaren größeren Aufzeichnungsdichte lassen sich
deutlich höhere Speicherkapazitäten bewerkstelligen. Dieses Prinzip hat man sich bei der
Entwicklung der CD zunutze gemacht, einem Datenträger, der zunächst als Nachfolger der
Schallplatte entwickelt wurde, später jedoch auch als Speichermedium für Computersysteme
„entdeckt” wurde.
CD-ROMs („Compact Disk / Read Only Memory”) können bei einer Größe von 5 1/4" bis zu
650 MB Informationen aufnehmen. Die Geschwindigkeit eines CD-ROM-Laufwerks wird in
Vielfachen eines herkömmlichen CD-Plattenspielers („1x”: 600 ms Zugriffszeit, 150 kB/s
Datentransferrate) angegeben; bei zur Zeit marktgängigen Geräten ist mit Faktoren ab 58x zu
rechnen.
Die Informationsaufzeichnung erfolgt bei der CD-ROM durch Unebenheiten in der
Oberfläche (Grübchen, Bläschen, ...), die bei der Erzeugung des Datenträgers in die
Oberfläche eingepresst und bei der Wiedergabe durch einen Laser abgetastet werden. Die auf
einer CD-ROM aufgezeichneten Informationen sind daher nicht änderbar. CD-ROMs haben
sich einen festen Platz in der Distribution von umfangreichen Programmpaketen und
Informationsmaterialien (z. B. Online-Handbücher, Online-Lexika, ...) gesichert.
Dank CD-R („Compact Disk - Recordable”) kann man auch selbst CDs in „Kleinserien”
herstellen. Die Information wird dabei durch einen Laser in einen sogenannten „Rohling”
(einer unbeschriebenen CD) „eingebrannt”. Wie bei der CD-ROM ist diese Information im
Nachhinein nicht mehr änderbar, die resultierenden CDs können jedoch in jedem CD-ROM-
Laufwerk gelesen werden. Es gibt aber auch CD-RW-Laufwerke und -Datenträger, die ein
Wiederbeschreiben des Datenträgers (ca. 1000 Mal) erlauben.
Als Nachfolger der CD-ROM hat sich die DVD („Digitial Video Disk” bzw. „Digital
Versatile Disk”) durchgesetzt. Dieses Speichermedium wurde zunächst dafür konzipiert, dass
es komplette, 90-minütige Spielfilme aufnehmen kann (daher auch der erste Name); es besitzt
31

eine Speicherkapazität von 4,7 GB (Informationsaufzeichnung auf einer Seite in einer Ebene),
8,5 GB (eine Seite, zwei Ebenen), 9,4 GB (zwei Seiten, eine Ebene) bzw. 17 GB (zwei Seiten,
zwei Ebenen). DVD-Laufwerke werden CD-ROMs, jedoch nicht gegenwärtige CD-R-
Datenträger lesen können. Bei wiederbeschreibbaren DVD-Medien haben sich die Formate
DVD+RW und DVD-RW durchgesetzt.
1.4.2.5. BlueRay
Als Nachfolger der DVD standen zwei Formate in Konkurrenz, einerseits die BlueRay Disc
(vertreten unter anderem durch Sony, Panasonic, Hewlett-Packard, Apple) und HD DVD
(vertreten unter anderem durch Microsoft, IBM, Time Warner). Die BlueRay Disc konnte sich
im Kampf um die Marktvorherrschaft gegen die HD DVD durchsetzen.
Die BluRay Disc (BD) gibt es in drei Varianten: als nur lesbare BD-ROM (vergleichbar mit
DVD-ROM), als einmal beschreibbare Variante BD-R (vergleichbar mit DVD±R) und als
wiederbeschreibbare BD-RE (vergleichbar mit DVD±RW).
Es kommt ein tief-violetter Laser mit 405 nm Wellenlänge (bei der wiederbeschreibbaren
BluRay Disc mit der Phase-Change-Technik) zum Einsatz. Eine BlueRay Disc mit einer Lage
kann bis zu 25 GB, eine mit zwei Lagen bis zu 50 GB an Daten fassen. Es gibt bereits
Prototypen mit bis zu 16 Lagen und bis zu 400 GB Speicherkapazität. Ein wichtiger
Bestandteil der Spezifikation ist auch ein Kopierschutz. BlueRay Disks finden vor allem im
Bereich der Unterhaltungselektronik zum Speichern von Filmen Anwendung, sie eignen sich
gut für Full-HD-Videos, die dank der hohen Auflösung eine bessere Qualität als die gängigen
Systeme wie PAL und NTSC bieten, aber auch dementsprechend mehr Speicherplatz
benötigen.
1.4.3. Speichermedien mit rein sequentiellem Zugriff
Manche Speichermedien positionieren zu langsam, um rasch auf beliebige Daten direkt
zugreifen zu können. Informationen lassen sich jedoch in der Reihenfolge ihrer Aufzeichnung
effizient lesen. Solche Speichermedien mit rein sequentiellem Zugriff werden hauptsächlich
als Archivspeicher verwendet. Der wichtigste Vertreter dieser Kategorie ist die
Magnetbandkassette.
Eine Magnetbandkassette funktioniert ähnlich wie eine Musikkassette: Ein Band, auf dem
eine magnetisierbare Schicht aufgebracht ist, wird während der Lese- bzw. Schreibvorgänge
mit konstanter Geschwindigkeit an einem (oder mehreren parallelen) Schreib-/Lesekopf
vorbeigezogen. Im Unterschied zur Musikkassette erfolgt die Informationsaufzeichnung
jedoch nicht analog, sondern binär. Informationen werden auch nicht kontinuierlich, sondern
in Blöcken aufgezeichnet.
32

Magnetbandkassetten (auch für Videokameras) werden in Größen ab ca. 250 MB von bis zu
mehreren GB angeboten. Es lassen sich (bei sequentiellem Zugriff) Datentransferraten bis zu
1 MB/s erreichen. Die angebotenen Magnetbandkassetten-Typen unterscheiden sich aber
sowohl in den physischen Maßen als auch in den Datenaufzeichnungsverfahren, was den
Einsatz von Magnetbandkassetten für den Datenaustausch erschwert, da sichergestellt sein
muss, dass an alle beteiligten Computersysteme passende Magnetbandkassetten-Laufwerke
angeschlossen sind.
Abb.: Magnetbandkassette
Ähnlich wie CDs können auch mehrere Magnetbandkassetten in einem Magnetbandwechsler
(bzw. „Bandroboter”) für das Computersystem verfügbar gehalten werden. Mit einem
derartigen System kann erreicht werden, dass dem Benutzer beinahe unbegrenzte
Speicherkapazitäten für Datensicherungs- und Archivierungszwecke zur Verfügung stehen.
1.4.4. Datensicherung
Datensicherung (Backup) bezeichnet das teilweise oder gesamte Kopieren der in einem
Computersystem vorhandenen Daten auf ein alternatives (häufig transportables)
Speichermedium. Die auf dem Speichermedium gesicherten Daten werden als
Sicherungskopie, oft auch kurz als Backup, bezeichnet. Die Wiederherstellung der
Originaldaten aus einer Sicherungskopie bezeichnet man als Datenwiederherstellung,
Datenrücksicherung oder Restore.
Die Aufbewahrung der Datensicherungsmedien sollte örtlich entfernt von der EDV-Anlage
und in einer sicheren Umgebung erfolgen. Für Privatpersonen bieten sich externe Festplatten
mit USB-Anschluss an. Diese lassen sich unkompliziert an das zu sichernde System
anschließen und wieder von diesem trennen und ermöglichen so zumindest eine entfernte
Aufbewahrung.
Für kleinere Unternehmen eignen sich zu Bankschließfächer zur Datenträgeraufbewahrung.
Allerdings kann aber in der Regel nicht zu jeder Zeit darauf zugegriffen werden, da der
Zugang zu den Datenträgern nur während der Öffnungszeiten der Bank möglich ist. Für
33

größere Unternehmen können sich speziell gesicherte Safes oder Räumlichkeiten zur
feuersicheren Unterbringung der Tape Libraries lohnen. Ferner können die gesicherten Daten
auf mehrere Standorte oder Rechenzentren verteilt werden.
Neben dem Wert der Daten (welcher Verlust entsteht, wenn die Daten unwiederbringlich
zerstört werden, welchen ideellen Wert haben unersetzliche Daten wie Fotos, …?) muss
bedacht werden, welcher Verlust durch die Zeit entsteht, die die vollständige
Wiederherstellung benötigt und in der ggf. nicht gearbeitet werden kann. Je öfter Daten
verändert werden, desto geringer wird man die Zyklendauer der Sicherung wählen. Zu
beachten ist hier auch die Verfallsdauer. Während es für viele Daten im Geschäftsleben
gesetzlich geregelte Aufbewahrungszeiten gibt (beispielsweise Buchhaltung,
Rechnungsdaten), können zu aktuelle Inhalte von Webseiten u.U. schon nach kurzer Zeit
verworfen werden, wenn sie nicht mehr benötigt werden.
34

2. Software
Damit ein Computersystem die richtigen Funktionen ausführt, muss es die entsprechenden
„Handlungsvorschriften” befolgen. Diese immateriellen Bestandteile eines Computersystems
werden unter dem Namen Software zusammengefasst. Als Software wird dabei die
Gesamtheit der Programme und Programmierhilfen eines EDV-Systems bezeichnet.
Software lässt sich in Systemsoftware und Anwendungssoftware unterteilen.
2.1. Systemsoftware
Die Systemsoftware stellt den Anwendungsprogrammen über standardisierte Schnittstellen
gewisse Grundfunktionen (sog. APIs, „Application Programming Interfaces”) zur
Verfügung.
2.1.1. Betriebssystem
2.1.1.1. Einführung
Kern der Systemsoftware ist das Betriebssystem. Je nach Aufgabenbereich und
Entwicklungsstand stellt dieses unterschiedliche Funktionen zur Verfügung. Typische aktuelle
Betriebssysteme für einen Personal-Computer umfassen mindestens folgende
Leistungsmerkmale:
• Gängige PC-Betriebssysteme sind in der Regel darauf ausgelegt, dass ein
Computersystem von höchstens einem/einer Benutzer/Benutzerin gleichzeitig
verwendet wird (Single-User-System). Auf einem solchen Single-User-PC konnte
früher ein Benutzer/eine Benutzerin immer nur ein Programm ausführen (Single-
Tasking). Seit Jahren ist bei PCs Stand der Technik, dass auch auf einem Ein-
Benutzungs-System mehrere Programme gleichzeitig ausgeführt werden können
(Multi-Tasking, siehe nächster Punkt).
• Das Betriebssystem erlaubt es, dass zu einem Zeitpunkt mehrere
Anwendungsprogramme aktiv sind. Um den Benutzenden den Eindruck zu vermitteln,
dass alle Programme gleichzeitig ablaufen, wird vom Betriebssystem veranlasst, dass
sich diese Programme in rascher Folge in der Nutzung eines einzelnen Prozessors
abwechseln („Multitasking”); multiprozessor-fähige Betriebssysteme (z. B. die
Windows-NT-Produktfamilie, manche LINUX- und UNIX-Versionen) sorgen darüber
hinaus dafür, dass unterschiedliche Anwendungen auch auf verschiedenen Prozessoren
gleichzeitig ablaufen können; schließlich werden Funktionen bereitgestellt, damit die
35

gleichzeitig aktiven Programme untereinander (z. B. über das Clipboard)
kommunizieren und sich koordinieren können (etwa, wenn auf gemeinsame
Datenbestände zugegriffen werden muss).
• Eine Betriebssystemkomponente (z. B. der Macintosh Finder, der Windows Desktop,
...) erlaubt es den Benutzenden, Anwendungsprogramme ihrer Wahl zu starten.
• Diese Betriebssystemkomponente (oder auch andere Systemprogramme, wie z. B. der
Windows Explorer) stellen den Benutzenden auch Grundfunktionen (Umbenennen,
Kopieren, Löschen, ...) zum Verwalten ihrer Dateien (bzw. „Dokumente”) zur
Verfügung.
• Das Betriebssystem stellt allen Anwendungsprogrammen Grundfunktionen für den
Zugriff auf Dateien („Dokumente”) und Peripheriegeräte (z. B. Speichermedien und
Drucker) zur Verfügung. Über diese Grundfunktionen wird das
Anwendungsprogramm gleichzeitig von den Details der verwendeten
Rechnerperipherie abgeschirmt: So sollte z. B. der Austausch des verwendeten
Druckers oder der Einbau eines zusätzlichen Festplattenlaufwerks nur eine
Rekonfiguration des Betriebssystems (durch Installation neuer Gerätetreiber)
erforderlich machen; die Anwendungsprogramme selbst sollten davon unberührt
bleiben.
• Das Betriebssystem bietet Mechanismen (sog. Dateisysteme) an, um auf
Speichermedien mit wahlfreiem Zugriff Dateien zu verwalten, die von Benutzenden
erzeugte Dokumente, aber auch System- oder Anwendungsprogramme repräsentieren
oder von Benutzenden eingestellte Konfigurationsparameter für bestimmte
Systemkomponenten beinhalten können. Dateien können gemäß den Regeln des
verwendeten Dateisystem-Typs benannt und in hierarchisch angeordneten
Verzeichnissen (oder „Ordnern”) organisiert werden.
• Über Netzwerk-Funktionen können Benutzer und Benutzerinnen auf Betriebsmittel (z.
B. Dateien oder Drucker) anderer Computer (z. B. dedizierter Server) zugreifen und
auch die eigene Peripherie anderen Benutzenden zur Verfügung stellen („Peer-to-Peer-
Networking”).
• Das Betriebssystem stellt schließlich allen Anwendungsprogrammen, einschließlich
seinen eigenen Komponenten und Hilfsprogrammen, Grundelemente zur Gestaltung
der Benutzeroberfläche zur Verfügung. Bei grafischen Benutzeroberflächen ist dies
ein wesentlicher Faktor für das einheitliche „Look and Feel” der dafür verfügbaren
Applikationen (der zweite Faktor ist in der Regel ein „Style Guide”, der vom
Hersteller des betreffenden Betriebssystems bzw. der grafischen Benutzeroberfläche
publiziert wird). Bei entsprechender Hardwareausstattung (z. B. einer Sound- oder
Video-Karte) umfasst diese Unterstützung auch Multimedia-Funktionen (z. B.
Aufnahme und Wiedergabe von Video-Sequenzen und Sounds).
• In aktuellen Desktop-Betriebssystemen (z. B. MacOS und Vista) werden für
Darstellung, Druck und Speicherung von Dokumenten komplexe Dokumentformate
und Grafik-Engines verwendet. Bei Apple sind das PDF und OpenGL, während
Microsoft versucht, mit XPS (XML Paper Specification) einen neuen
Industriestandard zu etablieren. Bedeutend sind diese Formate und Techniken vor
allem für die Langzeitarchivierung.
36

Dieser Funktionsumfang (der ein sog. Single-User-/Multi-Tasking-Betriebssystem
kennzeichnet) wurde bereits in den Betriebssystemen des Macintosh („Mac OS”, ab Version
7.x) sowie vom Betriebssystem MS-DOS mit Windows (3.x) unterstützt.
Die (Multi-User-/Multi-Tasking-) Betriebssysteme LINUX, UNIX und Windows NT (in den
Varianten für den Serverbetrieb) erlauben es darüber hinaus, dass verschiedene Anwendende
gleichzeitig (von verschiedenen Arbeitsstationen aus) mit verschiedenen Programmen auf
einem Computersystem, dem Terminal-Server, arbeiten. Diese Arbeitsstationen können dabei
vergleichsweise „schwache“ Computer sein („Thin Clients“). Gründe dafür können z. B. sein,
dass man nicht für jede Arbeitsstation eine Softwarelizenz erwerben möchte, eine
vereinfachtere Wartung der Anwendungen und/oder wenn eine Anwendung spezielle
Anforderungen an die Hardware stellt, die man aus ökonomischen Gründen nicht an jedem
Client vorhalten möchte.
Damit diese Benutzenden auf einem Computersystem arbeiten können, ohne sich gegenseitig
zu stören, sind zusätzlich folgende Vorkehrungen nötig:
• Alle Benutzenden müssen sich dem Betriebssystem gegenüber identifizieren, bevor sie
mit dem Computersystem arbeiten können. Üblicherweise geschieht dies, indem die
Benutzenden ihre Benutzerkennung sowie ein dazugehöriges, nur ihnen und dem
Betriebssystem bekanntes Kennwort eingeben.
• Allen Benutzenden werden von speziellen Benutzenden, den
SystemadministratorInnen, Rechte zur Nutzung gewisser Programme, Dateien und
Peripheriegeräte zugewiesen.
• Bestimmte Konfigurationsdaten werden je Benutzendem abgelegt, sodass jede/r
Benutzende (in einem gewissen Rahmen) die Möglichkeit erhält, sich Teile des
Systems (z. B. Elemente der Benutzeroberfläche) nach seinen Bedürfnissen und
Vorlieben einzurichten.
Eine eingeschränkte Multi-User-Funktionalität gibt es bereits bei den gängigen
Betriebssystem-Varianten für den Ein-Benutzungs-Betrieb.
Bei der Windows NT-Produktlinie (dazu zählt beispielsweise auch Windows Vista) für den
Ein-Benutzungs-Betrieb können zwar mehrere Benutzende gleichzeitig angemeldet sein und
auch Programme ausführen, es kann aber immer nur ein/e BenutzerIn interaktiv über Monitor,
Maus und Tastatur mit dem Computer arbeiten.
37

2.1.1.2. Gängige Betriebssysteme
2.1.1.2.1. Windows Familie
Windows [1] (zuletzt in der Version 3.1) wurde ursprünglich als grafische Benutzeroberfläche
für das kommandoorientierte Betriebssystem MS-DOS („Microsoft Disk Operating System”)
konzipiert und implementiert.
Windows 3.1 übernimmt viele Eigenschaften von seinem Basis-Betriebssystem MS-DOS:
• Beispielsweise werden Laufwerke durch Buchstaben bezeichnet (die Buchstaben A:
und B: sind standardmäßig Diskettenlaufwerken zugewiesen; ab C: werden dann
zunächst Festplatten-Laufwerke, dann weitere Laufwerke mit auswechselbaren
Datenträgern, z. B. CD-ROMs, und zuletzt Netzwerk-Laufwerke zugeordnet);
• auf einem Datenträger können sich Dateien (das sind Programme und Dokumente)
sowie Verzeichnisse befinden;
• Verzeichnisse können wiederum Dateien und andere Verzeichnisse beinhalten
(„hierarchisches Dateisystem”);
• alle Namen für Dateien und Verzeichnisse müssen den Konventionen des FAT-
Dateisystems folgen, das für Disketten und Festplatten-Partitionen verwendet wird:
Ein Dateiname besteht aus bis zu acht Zeichen, optional gefolgt von einem „.” und
einer bis zu drei Zeichen langen Namens-Erweiterung; diese Namens-Erweiterung legt
bei Dateien einen Dateityp fest: so zum Beispiel kennzeichnen die Namens-
Erweiterungen „.EXE” und „.COM” ausführbare Programme; Namens-Erweiterungen
für Daten-Dateien (z. B. „.XLS”) können ausführbaren Programmen (z. B. Microsoft
EXCEL) zugeordnet werden, sodass die betreffenden Dokumente aus dem Datei-
Manager einfach durch Doppel-Klicken geöffnet werden können. In Dateinamen und
Namens-Erweiterungen sind Zeichen, die von MS-DOS mit einer Spezialbedeutung
belegt sind (z. B. ?, *, ., :, \, /, , |, ...), verboten, Zeichen außerhalb des ASCII-
Zeichensatzes (z. B. Umlaute) sollten nicht verwendet werden.
Mit „Windows for WorkGroups” (einer Variante von Windows 3.1, die spezielle Netzwerk-
Funktionen für kleine Arbeitsgruppen anbot) hat Microsoft begonnen, Funktionen des
Betriebssystems MS-DOS (z. B. den Zugriff auf das FAT-Dateisystem) in Windows selbst zu
implementieren. Diese Entwicklung wurde mit Windows 95 abgeschlossen, bei dem MS-
DOS und Windows zu einem Betriebssystem integriert wurden. Windows 95 verfügt über
eine komplett neu entworfene Benutzeroberfläche, erweitert die Definition des FAT-
Dateisystems, sodass lange Dateinamen (bis zu ca. 250 Zeichen) verwendet werden können,
und bietet Unterstützung für „Plug and Play” (eine Hardware-Technologie, die den Einbau
von Hardware-Erweiterungen in einen PC drastisch vereinfachen soll, indem die bisher durch
manuelles Einstellen von DIP-Schaltern, Jumpern, ... vorgenommene Hardware-
Konfigurationen durch Software durchgeführt und automatisiert wird).
38

Die neue Benutzeroberfläche von Windows 95 (und Windows NT 4.0, s.u.) zeigt
standardmäßig den „Schreibtisch” an, auf dem der Benutzer Symbole für Dokumente,
Programme und Systembereiche ablegen kann; über das Symbol „Arbeitsplatz” kann der
Benutzer auf alle (lokalen) Laufwerke, über „Netzwerkumgebung” auf Netzwerk-Laufwerke
zugreifen. Eine alternative Ansicht des Schreibtisches zeigt das Systemprogramm „Windows
Explorer”. Am unteren Rand des Bildschirms befindet sich der Task-Bar, der die aktiven
Applikationen anzeigt und ein Umschalten zwischen diesen erlaubt; das Start-Menü (links im
Task-Bar) erlaubt das Öffnen der darin (oder in einem Untermenü) Eingetragenen.
Während Microsoft mit Windows 95 den evolutionären Weg der Weiterentwicklung eines
bestehenden Betriebssystems gegangen ist, hat es mit Windows NT („New Technology”) ein
vollständig neues Betriebssystem entwickelt. Hatte die Version 3.5 noch eine Windows 3.1-
Benutzeroberfläche in Verwendung, so hat Microsoft für die Version 4.0 die Oberfläche von
Windows 95 übernommen und adaptiert. Ein großer Teil der Programmierschnittstellen von
Windows 95 und Windows NT ist darüber hinaus identisch, sodass Programme, die keine
besondere Funktionalität eines der beiden Betriebssysteme benötigen, so geschrieben werden
können, dass sie unter beiden Betriebssystemen ablaufen.
Ursprünglich gab es NT sowohl für x86 Prozessoren als auch für Alpha, MIPS und PowerPC
Prozessoren. Gegenwärtig gibt es 32-bit Varianten nur mehr für x86 Prozessoren und 64-bit
Varianten für x86 und Itanium Prozessoren.
Windows NT wurde ursprünglich als Betriebssystem mit mehreren „Persönlichkeiten”
konzipiert; neben den Programmierschnittstellen für Windows bietet Windows NT unter
anderem Schnittstellen für UNIX (in der dem POSIX-Standard entsprechenden Untermenge).
Windows NT verlangt, dass sich Benutzende vor Nutzung des Systems mit einer
Benutzerkennung und einem dazugehörigen Kennwort identifizieren; durch Vergabe von
Zugriffsberechtigungen kann den Benutzenden das Durchführen bestimmter
Systemfunktionen und der Zugriff auf bestimmte Dateien und/oder Verzeichnisse (auf einem
NTFS-Dateisystem) erlaubt oder verweigert werden. Mit NTFS („New Technology File
System”) bietet Windows NT eine Alternative zum FAT-Dateisystem, das lange Dateinamen
(bis zu ca. 250 Zeichen) zulässt, für große Festplatten-Partitionen (bis zu 17 Milliarden GB)
optimiert ist und es erlaubt, benutzerspezifische Zugriffsrechte auf Dateien und/oder
Verzeichnisse zu definieren.
Seit Windows 2000 gibt es das Encrypted File System (EFS), mit dem sich Dateien auf
NTFS-formatierten Datenträgern verschlüsseln lassen. Dateinamen werden dabei nicht
verschlüsselt. Ab Windows Vista gibt es eine Verschlüsselung („Bitlocker“), die den
gesamten Datenträger verschlüsseln kann. Dies ist insbesonders bei (abhanden gekommenen)
Laptops sinnvoll, da man zuvor z. B. aus dem unverschlüsselten Hibernate-File (=
Speicherabbild für den Ruhezustandsmodus) sensible Daten wiederherstellen konnte.
Eine weitere Sicherheitslücke wird ebenfalls mit Vista geschlossen: Bisher wurde zu den
Benutzendenpasswörtern aus Kompatibilitätsgründen zu Windows 95/98/Me auch immer ein
so genannter LM-Hash gespeichert, der sich aber aufgrund von Designschwächen knacken
ließ. Im Endbenutzerbereich soll vor allem die neue dreidimensionale grafische
Benutzeroberfläche „AeroGlass“ als Kaufanreiz dienen.
Ab Herbst 2009 soll schließlich das neue Windows 7, der Nachfolger von Windows Vista,
im freien Handel verfügbar sein. Auch diese Version basiert auf Windows NT (6.1).
39

Als „Mini-Version” von Windows für besonders kompakte Geräte (Palm-Tops, Mini-
Notebooks, Mobiltelefone, ...) hat Microsoft mittlerweile auch Windows CE in der Version
6.0 auf den Markt gebracht.
2.1.1.2.2. UNIX
Das UNIX-Betriebssystem ist ein Veteran unter den heute eingesetzten Betriebssystemen und
es entstand noch vor dem ersten Mikroprozessor. Es begann damit, dass sich die Bell
Telephone Labs (BTL) von AT&T im Jahre 1969 aus dem Betriebssystem-Projekt Multics
zurückzogen. Einer der Beteiligten, Ken Thompson, hatte unter Multics ein kleines Spiel
(„Space Travel”) geschrieben, das er nun gemeinsam mit Dennis Ritchie – zusammen mit
einem kleinen, einfachen Betriebssystem – auf einer ungenutzten DEC PDP 7 neu
implementierte. Unter dem Vorwand eine Textverarbeitung zu schreiben, überzeugten sie
schließlich das BTL-Management, eine DEC PDP 11 anzuschaffen, auf die dann das neue
Betriebssystem portiert und auf ein Multi-User-Betriebssystem erweitert wurde.
Im Jahr 1973 wurde UNIX auf einer Konferenz der Öffentlichkeit präsentiert, was großes
Interesse an diesem Betriebssystem erzeugte. AT&T war damals in den USA Monopolist für
das Telefonsystem – als Ausgleich durfte es sich in keinem anderen Sektoren kommerziell
betätigen. BTL entschloss sich jedoch, UNIX-interessierten Universitäten zur Verfügung zu
stellen, was bewirkte, dass viele neue Ideen, zunächst für UNIX, implementiert wurden.
Unix wurde neben AT&T vor allem an der University of California in Berkeley
weiterentwickelt; zahlreiche Firmen entwickelten auf Basis der AT&T- oder der BSD-Linie
(„Berkeley System Distribution”) von UNIX eigene Versionen (z. B. SunOS/Solaris von
SUN, Irix von SGI, AIX von IBM, Ultrix von DEC, SINIX von Siemens, SCO UNIX, das aus
dem von Microsoft entwickelten XENIX entstand, ...) mit jeweils eigenen „Features”. In dem
Maße, als sich PCs in für UNIX taugliche Leistungsklassen hinein entwickelten, entstanden
auch UNIX-Versionen für PCs (u. a. das frei verfügbare LINUX). Um die dadurch
entstandene „Variantenvielfalt” einzudämmen, versuchte man, sich auf gemeinsame UNIX
Standards zu einigen: Als erster Minimal-Standard entstand so POSIX („Portable Operating
System Environment”, eine IEEE-Norm), weitergehende Bemühungen koordiniert die „Open
Group”, der Novell (das UNIX von AT&T käuflich erworben hatte) auch den UNIX-
Markennamen übertrug.
UNIX ist berüchtigt für seine komplexe und kryptische, aber auch sehr mächtige
Kommandosprache und seine komplexen, auf vielen Textdateien basierenden,
Systemkonfiguration; aber auch für UNIX sind graphische Benutzeroberflächen entstanden,
die das Arbeiten auf der Ebene des UNIX-Shells zu einem großen Teil überflüssig machen.
2.1.1.2.3. Mac OS
Im Jahr 1984 brachte Apple [2] mit dem Macintosh den ersten Computer auf den Markt, der
über eine grafische Benutzeroberfläche verfügte und damit am Markt erfolgreich war – und
dadurch jenen Stein ins Rollen brachte, der dafür sorgte, dass grafische Benutzeroberflächen
40

heute Stand der Technik in allen Betriebssystemen für Personal-Computer und Workstations
sind.
Da Macintosh-Programme streng nach dem WYSIWYG-Prinzip arbeiten („What You See Is
What You Get” – „was man (am Bildschirm) sieht, ist das, was man auch (am Drucker)
herausbekommt”), brachte Apple mit der Einführung von Laserdruckern die DTP-Welle
(„Desktop Publishing”) ins Rollen.
Mit der Entwicklung der QuickTime-Technologien schließlich leistete Apple einen
entscheidenden Beitrag zur Entwicklung von Multimedia.
Kern der „klassischen” Macintosh-Benutzeroberfläche ist der „Finder”, der auf dem
Schreibtisch alle verfügbaren Laufwerke samt deren Inhalten anzeigt; beim Doppel-Klicken
auf ein Dokument stellt er aufgrund eines Datei-Attributs die Verbindung zu einem
ausführbaren Programm her, um damit das betreffende Dokument zu öffnen.
Steven Jobs, einer der beiden Firmengründer von Apple, trennte sich 1985 von Apple, um
einen neuen Computer – den NeXT – zu bauen; das zugehörige Betriebssystem – NextStep –
basierte auf UNIX. Besonderes Augenmerk wurde auf die Entwicklung einer grafischen
Benutzeroberfläche gelegt, die die Komplexität von UNIX verbergen sollte. Next stellte bald
die Hardware-Entwicklung ein, entwickelte jedoch das Betriebssystem weiter, portierte es auf
andere Plattformen (u. a. für Intel-Prozessoren), und entwickelte zuletzt (gemeinsam mit
SunSoft) OpenStep, eine auf NextStep basierende Anwendungsumgebung, die für
unterschiedliche Betriebssysteme angeboten werden sollte.
Im Jahr 1997 hat Apple Next aufgekauft und NextStep unter dem Codenamen „Rhapsody”
(das nun den Namen Mac OS X trägt) zum Kernpunkt seiner Betriebssystem-Entwicklung
gemacht. Basis der Entwicklung ist ein UNIX-Betriebssystem, auf die die sogenannte
„Cocoa”-Anwendungsumgebung (entspricht OpenStep; soll das Plattform übergreifende
Entwickeln von Anwendungen ermöglichen) aufsetzt; Bestandteil von „Cocoa” ist eine Java-
Entwicklungs- und Laufzeitumgebung. Um existierende Mac-OS-Anwendungen weiterhin
ausführen zu können, wird die Power-PC-Version mit der sogenannte „Classic”-Umgebung
ausgestattet, einer Version des Mac-OS-Betriebssystems, das so umgeschrieben wurde, dass
es unter UNIX ablauffähig ist; alternativ dazu wird aber empfohlen, existierende Mac-OS-
Anwendungen leicht umzubauen, sodass sie dann in der „Carbon”-Anwendungsumgebung
ohne zwischengeschaltetes „klassisches” Mac OS ablauffähig sind; über „Classic”, „Carbon”
und „Cocoa” liegt eine einheitliche grafische Benutzeroberfläche (mit Namen „Aqua”), die
auf der „klassischen” Mac-OS-Benutzeroberfläche basiert. Da sämtliche Elemente einer
UNIX-Benutzeroberfläche in Mac OS X nicht mehr vorhanden und teilweise durch
korrespondierende Mac-OS-artige Elemente ersetzt sein werden, wird Mac OS X den
Benutzenden (trotz seiner geänderten Betriebssystembasis) als ein um preemptives
Multitasking, „Cocoa”, erweitertes Mac OS erscheinen.
Die aktuelle Version Mac OS 10.5 (Leopard) ermöglicht mit Hilfe von Programmen wie
VMware Fusion [3] oder Parallels [4] die parallele Installation des Betriebssystems Windows XP
(und höher) der Firma Microsoft sowie anderer Betriebssysteme wie beispielsweise Linux
oder SunSolaris auf Apple Computern, sofern diese mit einem Intel-Prozessor ausgestattet
sind. Im Herbst 2009 kommt die neue Mac OS X Version Snow Leopard auf den Markt.
Seit 2007 gibt es auch ein Betriebssystem für das Apple Smartphone "iPhone" (iPhone OS),
das auf MAC OS X basiert.
41

[5]
2.1.1.2.4. LINUX
Der Name "LINUX" stammt von dem Finnen Linux Torvalds, der 1991 den
Kernel (Betriebssystemkern) entwickelte, welcher in Verbindung mit der freien Software
GNU ein vollständiges, kostenfreies Open-Source-Betriebssystem ergibt. Der Begriff Linux
steht nun zumeist für freie Betriebssysteme, welche auf der GNU-Software und dem Linux-
Kernel beruhen. Die Offenheit des Systems, die umfassende Berücksichtigung von Standards
und die Leistungsfähigkeit sind Hauptcharakteristika von LINUX. Es wird unter der GPL-
Lizenz vertrieben, ist als 32-Bit-Version oder 64-Bit-Version verfügbar und sowohl
multitasking- als auch multiuserfähig.
Da das Betriebssystem beliebig veränder- und erweiterbar ist, kann es in Form von
zahlreichen Distributionen (angeboten von Linux-Firmen wie etwa RedHat oder SuSE [6] , das
2003 von dem Softwareunternehmen Novell [7] übernommen wurde) als Installationspaket
mittels kostenlosem Download oder als - zumeist kostenpflichtige - CD/DVD bezogen
werden. Zahlreiche kommerzielle Anbieter verwenden LINUX als Basis für ihre eigenen
Entwicklungen.
Distributionen wie das auf Debian [8] beruhende Ubuntu [9] oder das von RedHat gesponserte
Fedora [10] mit ihren grafischen Benutzeroberflächen (z. B. KDE oder Gnome) und der
enthaltenen Open-Source-Software wie OpenOffice (für Büroanwendungen), vereinfachen die
Verwendung von Linux für den Arbeitsplatz- oder Homeuser. LINUX ist daher nicht mehr
auf den Einsatz im Server-Bereich beschränkt. [11]
Das Open-Source-Produkt Knoppix [12] beispielsweise war eine der ersten Live Linux CD-
Angebote, die - ohne Installation - als vollständiges Betriebsssystem direkt von der CD
betrieben werden konnte.
Im folgenden Beitrag erfahren Sie mehr über die Idee, die Geschichte, die
Einsatzmöglichkeiten und die Distributionen von Linux:
http://www.3sat.de/mediathek/?mode=play&obj=11913
2.1.1.2.5. Quellen
1. ↑ http://www.microsoft.com/
2. ↑ http://www.apple.com/
3. ↑ http://www.vmware.com/products/fusion/
4. ↑ http://www.parallels.com/de/download/desktop/
5. ↑ Linux Pinguin created by Larry Ewing, Simon Budig, Anja Gerwinski
6. ↑ http://www.novell.com/de-de/linux/
7. ↑ http://www.novell.com
8. ↑ http://www.debian.org
9. ↑ http://www.ubuntu.com
10. ↑ https://fedoraproject.org/
42

11. ↑ Vgl. Hansen, Neumann, Wirtschaftsinformatik I (2001), 8. Auflage, S. 979f.
12. ↑ http://www.knoppix.net/
2.1.1.2.6. Weiterführende Links
• http://www.3sat.de/mediathek/?mode=play&obj=11913
• http://www.gnu.org/home.de.html
• http://www.linux.at/
• http://openbook.galileocomputing.de/unix_guru/
2.1.2. User Interface
Die Benutzerschnittstelle (Benutzeroberfläche) ist der für die Benutzenden sichtbare Teil
der Interaktionsschnittstelle eines Softwareproduktes. Hierunter fallen alle Einheiten, Formen
und Techniken, über welche die Benutzenden mit dem Computersystem kommunizieren.
Diese Benutzerschnittstelle ist zu einem gewissen Grad abhängig von der Hardware und der
verwendeten Betriebssoftware des Systems und natürlich direkt abhängig von der benutzten
Anwendungssoftware.
Unter Benutzeroberfläche werden all jene Teile eines Computersystems zusammengefasst, die
Benutzende wahrnehmen können. Die Benutzerschnittstelle ist zunächst eine Funktion der
vorhandenen Ein- und Ausgabegeräte und im Weiteren der dazugehörenden Software; unter
Benutzeroberfläche versteht man sowohl Hardware als auch Software. Die
Benutzeroberfläche legt weitestgehend fest, wie Benutzende mit einem System arbeiten
können. Die Gestaltung muss sich nach dem jeweiligen AdressatInnenkreis richten, nach
deren Anforderungen, deren Gewohnheiten und Kenntnissen.
Die Benutzeroberfläche bestimmt mit vielen Faktoren die Form der Interaktion zwischen den
Benutzenden und dem Computersystem. Die Mensch-Computer-Interaktion (MCI) ist ein
wechselseitiger Informationsaustausch zwischen Benutzenden und dem System, dieser ist
durch die Natur der Sache zwar an Regeln gebunden und formalisiert, zumindest bei
modernen interaktiven Systemen liegt die Kontrolle im Regelfall aber bei den Benutzenden.
Die Mensch-Maschine-Interaktion lässt sich als eine Dreiecksbeziehung zwischen
Benutzenden, (ihren) Aufgaben und (dem benutzten) Werkzeug beschreiben, natürlicherweise
im Rahmen des vorhandenen Arbeitsumfeldes. Der Computer ist hier das Werkzeug, welches
die kognitive Funktion der Benutzenden unterstützt und beeinflusst. Durch die Gestaltung von
Benutzerschnittstellen wird die Art und Qualität der Aufgaben, das Problemlöseverhalten der
Benutzenden sowie das Lernen von Fertigkeiten und deren Einsatz bei der
Aufgabenbearbeitung beeinflusst. Daher ist die Gestaltung von Benutzerschnittstellen immer
auch Arbeits- und Aufgabengestaltung.
43

Um diese "Trias" bei der Gestaltung der Interaktion entsprechend zu berücksichtigen, kann
das von Tom Moran in den frühen achtziger Jahren entwickelte Modell herangezogen werden.
Hierin wird die Benutzungsschnittstelle in eine Hierarchie von vier Ebenen zerlegt, wobei
eine Ebene auf die jeweils untergeordnete abgebildet wird.
• Auf der Aufgabenebene verfolgen Benutzende das Ziel, eine bestimmte
Arbeitsaufgabe zu erledigen und damit weitere Aufgabenziele zu erreichen. Dieses ist
ihr Primärziel, dafür setzen sie ihre Kompetenz, ihr Wissen und ihre Kenntnisse über
Problemlösungsstrategien ein. Hierbei muss das Computersystem unterstützen und
darf nicht behindern!
• Auf der semantischen Ebene werden die geeigneten Werkzeuge für die
Aufgabenbearbeitung aus der verfügbaren Funktionalität des Computersystems
ausgewählt. Unter "Funktionalität des Computersystems" ist die gesamte Menge der
verfügbaren Systemfunktionen und repräsentierter Objekte zu verstehen.
• Auf der syntaktischen Ebene müssen Benutzende ihr Wissen einbringen, um die
ausgewählten Systemfunktionen auszuführen. Sie müssen sich die Fragen
beantworten:
o Wie heißt das Objekt (z. B. Datei)?
o Was muss ich tun, um es auszuwählen?
o Wie starte ich die Systemfunktion, um das gewünschte Objekt zu bearbeiten?
• Die Interaktionsebene unterteilt sich ihrerseits nochmals in:
o eine Kommunikationskomponente, bei der Benutzende die erkannten Befehle
in Handlungen umsetzen, um diese wirklich zur Ausführung zu bringen. Zum
Beispiel wird der Mauszeiger zum gewünschten Objekt bewegt, der rechte
Mausknopf gedrückt und die gewünschte Systemfunktion aus dem Popup-
Menü gewählt.
o eine physikalische Komponente, durch die die Gestaltung und räumliche
Anordnung der Teile des Systems sowie deren technische Eigenschaften
festgelegt sind. Hierbei sind zum einen die Hardware und ihre Platzierung im
Arbeitsumfeld, aber auch die aktuellen Einstellungen gemeint, zum anderen
ebenso die Platzierung von Objekten und Werkzeugen auf der
Arbeitsoberfläche des Computers.
Bei der Gestaltung von Benutzerschnittstellen muss also die "Dreierbeziehung" von Aufgabe,
Mensch und Computer einbezogen werden und der Aufbau der Interaktion in aufeinander
44

aufbauenden Ebenen ist zu berücksichtigen. Dadurch entsteht zwar nicht zwangsläufig eine
gute Benutzerschnittstelle, aber sie wird doch deutlich wahrscheinlicher.
Im Laufe der Zeit hat sich eine Reihe von Interaktionstechniken herausgebildet. Ihr Einsatz ist
in erster Linie abhängig von der verfügbaren Hardware, Software und der
Benutzungssituation.
Die Interaktion der Benutzenden mit dem Computer wird Dialog genannt, da sich ein
wechselseitiger Informationsaustausch zwischen beiden abspielt. Eine besondere
Veränderung hat sich durch den Personal-Computer und die Fähigkeit der Systeme zum
Multitasking bzw. -processing ergeben, wodurch es den Benutzenden möglich ist, zeitgleich
unterschiedlichste Aktionen durchzuführen. Hinsichtlich eines Dialogfadens bleibt dabei das
alte Wechselspiel des Dialoges erhalten. Die Interaktion kann dabei entweder mit Hilfe einer
Kommandosprache, über grafische, zeichenorientierte, sprachbasierte oder anfassbare
Benutzungsoberflächen stattfinden.
Ein Beispiel für eine kommandoorientierte Schnittstelle (CLI):
Hier sehen Sie eine grafische Benutzungsoberfläche:
45

2.1.2.1. Grafische Benutzeroberflächen
Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface = GUI) werden häufig in einem
Atemzug mit direkter Manipulation genannt, bieten jedoch in der Regel eine Mischung aus
unterschiedlichen Interaktionstechniken. Sie basieren meistens auf der Schreibtischmetapher
und zeigen den Zustand in Form von Dokumenten-Icons, Fenstern und Menüs. Beispiele für
grafische Benutzeroberflächen sind: Finder von MacOS, KDE von Linux, Windows, Open
Look.
2.1.2.1.1. Leitideen
Die Leitideen für grafische Benutzeroberflächen sind (abgeleitet aus den StyleGuides von
Windows bzw. Macintosh):
Benutzerkontrolle (user control)
Visuelle Anzeige und Kontrollmöglichkeit auch automatischer Vorgänge, Gefühl der
Kontrolle geben.
Rückkopplung (feedback)
Echo oder Reaktion auf jede Eingabe vorsehen, z. B.
• Mauszeiger ändert Form
• Objekt verändert Aussehen
• Menüeintrag wird blass, wenn nicht wählbar
• Statuszeile zeigt Fortschritte durch Balkenlänge oder Dateinamen an
• Übersichtsfenster zeigt Fortschritt an (progress indicator)
• Ereignisfenster (pop -up window)
Visualisierung (directness)
Visuelles Äquivalent der Daten und Funktionen, die darauf zeigen. Logik von Metaphern
nutzen Beispiele: Schreibtisch mit Papierkorb, Eingangskorb, Ablage, Mappen, Pinnwand
zum Austausch von Infos & Texten in Arbeitsgruppen.
Vorteile: NutzerIn hat Informationen über Sinn und Funktion des Objekts; Protokollwissen
(Interaktion) ist schon da.
Konsistenz (consistency)
Ähnliche Situationen – ähnliche Visualisierung, ähnliche Reaktionen
• Nicht auswählbares Menü ebenfalls zeigen
• Daten sichern, Dokument drucken: immer mit Dateiauswahl oder immer ohne.
• „Selektion“ immer ein Objekt. &Gedrückter Knopf: immer ein Bereich.
46

Einfachheit (simplicity)
„so viel Info wie nötig, so wenig wie möglich“; kurze Meldungen und Kommandos; Info nur
zeigen, wenn nötig, Karteikartenreiter, ...
Ästhetik (aesthetics)
Konflikt, Einfachheit, Funktionalität vs. Schönheit
Fenster
2.1.2.1.2. Elemente grafischer Benutzeroberflächen
Der Bildschirm kann in mehrere Ausschnitte geteilt sein, die als Fenster bezeichnet werden.
Fenster sind rechteckig und grafisch durch Seitenmarkierungen begrenzt. Fenster erlauben die
Kontrolle mehrerer, einander überlappender Bildschirmausschnitte, wobei diese Ausschnitte
direkt Arbeitsbereichen der Benutzenden zugeordnet werden können.
Der Vorteil von fensterbasierten, interaktiven Systemen liegt in der gleichzeitigen,
gruppierten Darstellung unterschiedlicher Informationen. Durch die Überlappung von
Fensterteilen können die Benutzenden nicht nur zwischen verschiedenen Aufgaben hin- und
herwechseln, sondern sie können diese auch zeitlich reihen und Informationen zwischen den
Fenstern transferieren.
Folgende Operationen sollten von Fenstersystemen zur Verfügung gestellt werden:
Create: legt ein neues Fenster am Bildschirm an.
Delete: löscht ein bestehendes Fenster am Bildschirm.
Open: öffnet ein Fenster in verkleinerter Darstellung, beispielsweise in Piktogramm- oder
Balkendarstellung.
Close: verkleinert ein Fenster zu einem Piktogramm oder Balken.
Move: erlaubt das Bewegen (Ziehen) eines Fensters über den Bildschirm ohne die Größe des
Fensters zu verändern.
Resize: bewirkt eine Größenveränderung des Fensters.
Full Size: erlaubt unmittelbar die maximale Ausdehnung eines Fensters.
Small Size: reduziert ein Fenster unmittelbar auf seine minimale Größe.
Scroll: lässt den Fensterinhalt vertikal oder horizontal passieren.
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Define: erlaubt die Definition eines Fensters.
Bring-to-front: bringt das ausgewählte Fenster in den Bildvordergrund (bei überlappenden
Fenstern).
Sent-to-back: rückt das ausgewählte Fenster in den Hintergrund (bei überlappenden Fenstern).
Der Lernaufwand für den Umgang mit Fenstern ist nicht zu unterschätzen. Die Benutzenden
müssen die aufgezählten Befehle zur Manipulation der Fenster erlernen und auch die
motorischen Fertigkeiten dazu. Außerdem fehlt die nötige Metapher aus dem Alltag für das
Medium Fenster.
Menü
Viele Optionen werden am Bildschirm bzw. in einem Bildschirmausschnitt dargestellt. Alle
Optionen sind sichtbar, das Wiedererkennen ist leichter als das Erinnern, Voraussetzung dafür
sind aber sinnvolle Menüeinträge. Die Auswahl erfolgt entweder durch die Maus oder über
die Tastatur. Die Menüs können auch hierarchisch gegliedert werden. Damit Platz gespart
wird, werden Menüs oft nur bei Bedarf gezeigt.
Typen
Menübalken: oft oben waagerecht auf Fenstern.
Pull-Down-Menü: ist sichtbar, solange oder bis die Maus gedrückt wird, z. B. an Menübalken
verankert. Es öffnet sich nach unten, wenn man mit dem Mauszeiger über den Menütitel fährt.
Drop-Down-Menü: erscheint z. B. bei rechter Maustaste auf Objekt.
Fall-Down-Menü: erscheint, ohne, dass die Maus gedrückt wird, der Cursor wird nur auf das
Objekt bewegt.
Kontextmenüs: Ein Pop-up-Menü kann nur an den Stellen in einer Anwendung geöffnet
werden, an denen es Sinn macht. Es kann spezielle Werkzeuge oder eine Befehlsauswahl
enthalten, die für diesen Abschnitt der Software eingesetzt werden können und kann irgendwo
auf dem Bildschirm erscheinen. Ein typisches Pop-up-Menü erscheint z. B., wenn man auf
einer Website ein Bild anklickt (Windows rechts Klick, Mac Maustaste gedrückt halten), das
die Optionen darüber enthält, was mit diesem Bild gemacht werden kann.
Menükaskaden: durch die Auswahl eines Menüpunktes öffnen sich Untermenüs, eine
hierarchische Menüstruktur steht dahinter.
Symbole
Grafiksymbole, die die Bedienung von Computern aber auch von Instrumenten mit
grafikfähigem Display erleichtern. Die Symbole repräsentieren verschiedene Objekte, wie
beispielsweise Dokumente, Fenster, Aktionen etc. Die bildlichen Darstellungen können mit
48

Blick auf die Bearbeitung mit speziellen Bedeutungen versehen werden, wie beispielsweise
als Tasten (buttons), die man drücken kann oder Griffe (handles), an denen man ein grafisches
Objekt bewegen oder verformen kann. Icons sind kaum normiert und universell verständlich.
Sie werden verwendet zur Darstellung von:
• Komponenten (wie Papierkorb, Festplatte),
• Prozessen (Uhr für arbeitendes System),
• ablaufenden Prozessen mit Eingriffsmöglichkeit (Balken mit Abbruch).
Buttons
CommandButtons (Befehlsschaltfläche) spielen eine wichtige Rolle in der Interaktion
zwischen Mensch und Computer. Befehlsschaltflächen stehen als Abbrechen-, OK- oder
Befehlsknopf zur Verfügung
CheckBoxen (Kontrollkästchen) stellen eine Möglichkeit dar, die Auswahl keiner, einer oder
mehrerer Optionen zu realisieren. Kontrollkästchen werden daher nicht für Eigenschaften
verwendet werden, die sich gegenseitig ausschließen.
OptionButtons erlauben die Auswahl (Radiobuttons, Optionsfeld) immer genau einer von
mehreren Optionen.
Dialogboxen
TextBox (Eingabefeld): Das TextBox-Steuerelement dient zur Eingabe von alphanumerischen
Daten über die Tastatur oder die Zwischenablage an ein Programm. Eingabefelder können in
mehreren Varianten auftreten: einzeilig oder mehrzeilig, Bildlaufleisten können optional
eingeblendet werden, die maximale Textlänge kann gesetzt werden.
Listbox (Listenfeld) wird verwendet, um den Benutzenden die Möglichkeit zu geben, aus
einer Liste ein oder mehrere Elemente auszuwählen.
Leisten (Bars)
Toolbar (Werkzeugleiste) besteht aus einem oder mehreren Schaltflächen beispielsweise für
Operationen zum Bearbeiten von Dateien wie Speichern, Öffnen.
StatusBar (Statusleiste) wird verwendet, um Informationen über den Status einer Anwendung
bzw. eines Prozesses zu geben, wobei es sich eher um unwichtige Informationen handelt, die
den Benutzenden nicht gleich ins Auge stechen sollen.
ProgressBar (Fortschrittsanzeige) wird verwendet, um den Benutzenden über den Fortschritt
eines Prozesses zu informieren. Dabei kann der prozentuale Anteil einer Operation, die bereits
abgeschlossen ist, im Verhältnis zum Gesamtaufwand klar dargestellt werden.
Register (TabStrip) besteht aus einer oder mehreren Laschen, bei denen immer eine
ausgewählt werden kann. Man kann sich die Funktion leicht mit einem Registrierkasten
vergegenwärtigen, der immer eine Lasche geöffnet hat.
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Schieberegler (Slider) finden dort ihre Anwendung, wo Benutzende einen Wert aus einer
festen Menge von linear angeordneten numerischen Werten mit konstanten Abständen wählen
können, z. B. bei Lautstärkenreglern.
Ansichten
Baumansicht (TreeView) wird verwendet, um Daten in einer baumähnlichen Struktur
anzuzeigen. Ein Beispiel dafür ist das Dateisystem. Dabei können Knoten weitere Knoten und
Blätter enthalten. Blätter sind Knoten, die keine weiteren Unterknoten besitzen.
Listenansicht (ListView) wird verwendet, um mehrere Elemente anzuzeigen. Dabei ist es
möglich, mehrere Spalten und Grafiken für die Elemente festzulegen.
Dialoge
Bei der Dialog- und Interaktionsführung soll die intuitive Arbeitsweise der Nutzenden
unterstützt werden:
Im Idealfall sollen Nutzende die ihnen auf dem Bildschirm bekannten Symbole genauso wie
reale Gegenstände manipulieren können (Bsp.: Ziehen eines Objektes auf den Mülleimer oder
in den Postkorb).
Dem entspricht das Objekt-Aktion-Prinzip: Erst Objekt wählen, dann aus den für das Objekt
möglichen Aktionen eine Aktion auswählen. Die Reihenfolge von Eingabemasken wird in
traditionellen Programmen starr vorgegeben, das Programm führt Benutzende, sie haben
weniger Freiheiten. Im Gegensatz dazu stehen den Benutzenden bei einer freien
Dialogführung mehrere/alle Funktionen eines Datenobjekts zur gleichen Zeit zur Verfügung,
die Nutzenden agieren, die Anwendung reagiert (auf „Ereignisse“).
Kommandosprache
2.1.2.2. Kommandoorientierte Benutzeroberfläche
Eine Kommandosprache ist eine formale Sprache zur Formulierung von Aufträgen an den
Computer. Für jeden Auftrag werden die benötigten Angaben, wie Operation, Bezugsobjekt,
Argumente und Optionen, in Textform eingegeben. Fehlende Angaben werden durch
Standardwerte (Defaults) ergänzt, die fest sind oder dem aktuellen Zustand entnommen
werden.
Kommandosprachen basieren auf der Eingabe von Befehlen in einer vorgegebenen Syntax.
Jedem Befehl können in der Regel Parameter mitgegeben werden. Die meisten Umgebungen
ermöglichen die Zusammenfassung von mehreren Befehlen in so genannte Batch-Dateien
bzw. Makros, die ebenfalls zur Ausführung gebracht werden können. Des Weiteren wird
vielfach die Möglichkeit der Ausgabeumlenkung geboten, wodurch das Ergebnis eines
Befehls als Eingabe eines weiteren genutzt werden kann. Dadurch lassen sich umfangreiche
und sehr mächtige Aktionen ausführen, insbesondere wenn mehr als nur ein Objekt bearbeitet
werden soll.
50

Wesentliche Gestaltungsfragen für Kommandosprachen sind:
• die anwendungsnahe Gestaltung des Vokabulars,
• die Gestaltung von Abkürzungen nach einheitlichen und einfachen Regeln,
• die einheitliche syntaktische Struktur von Kommandos,
• die verständliche Beschreibung (Dokumentation, Hilfesystem) der sprachlichen
Ausdrucksmöglichkeiten.
Vorteile:
• Sie erfordern keine speziellen Eingabegeräte, nur die in der Regel vorhandene
Tastatur.
• Sie erlauben die leichte Aufzeichnung der Vergangenheit (Protokoll).
• Der geübte User kann sehr schnell und effizient arbeiten.
• Es sind mächtige Befehle realisierbar.
• Aktionen über viele Objekte lassen sich leicht durchführen.
Nachteile:
• Hoher Lernaufwand, vor allem für AnfängerInnen und gelegentliche BenutzerInnen.
Außerdem ist eine Nutzung ohne Kenntnis der Syntax nicht möglich.
• Die Eingabe ist fehleranfällig.
• Da der Wirkungsbereich von Kommandos der gesamte Zustand des interaktiven
Systems sein kann, ist es schwer, die Wirkungen eines Kommandos unmittelbar zu
kontrollieren.
• Die Auswirkung eines Befehls rückgängig zu machen ist nur in Ausnahmen möglich.
• Der User muss über das System genau Bescheid wissen (z. B. Directorystruktur).
Beispiele:
• MS-DOS (Beispiel für das Kopieren eines Textes von Laufwerk A (Diskette) auf die
Festplatte C
copy a:Artikel.doc c:\Dokumente\Arteikel1.doc
• Beispiel SQL (Suche nach Vornamen und Nachnamen der Kunden, sortiert nach den
Nachnamen)
51

SELECT Vorname, Nachname FROM Kunde ORDER BY Nachname
2.1.2.3. Weiterführende Links
• http://www.activevb.de/tutorials/tut_guistd/guistd.html
• http://www.at-mix.de/benutzeroberflaeche.htm
• http://www.vis.uni-stuttgart.de/eng/teaching/lecture/ws01/sw-ergonomie/
• http://www.ifis.uni-luebeck.de/~ifis/lehre/ss96/IuG/ergo/
• http://home.nordwest.net/hgm/ergo/
• http://vsis-www.informatik.uni-hamburg.de/ergonomie/
2.2. Anwendungssoftware
Die Anwendungssoftware besteht aus all jenen Anwendungsprogrammen (Applikationen),
die Benutzende eines Computersystems direkt dabei unterstützen, ihre Aufgaben mit Hilfe
dieses Computersystems zu lösen. Das Textverarbeitungsprogramm OpenOffice "Writer"
und das Tabellenkalkulationsprogramm "Calc" sind typische Beispiele für
Anwendungssoftware.
2.2.1. Tabellenkalkulation Grundlagen
52

Das Kapitel Tabellenkalkulation Grundlagen behandelt folgende Themenbereiche:
• Arbeitsbereich: Zeilen, Spalten, Zellen, Arbeitsmappe, Tabellenblatt, ...
• Formatierung: unterschiedliche Datentypen, Rahmen, Ausrichtung, Auto-Ausfüllen...
• Sortieren / Filtern
• Absolute und relative Bezüge
• Charts: Grundfunktionen zum Erstellen inhaltlich passender und optisch
ansprechender Diagramme
• Rechnen mit Datum und Uhrzeit
• Formeln/Funktionen:
o Grundrechenarten, Summe, Runden, Abs
o Logische Funktionen:
Wenn
SVerweis
o Statistische Funktionen: Anzahl, Anzahl2, Mittelwert, Min, Max
Die angeführten Themen werden mithilfe von Videos und einer textbasierten
Screenshotdokumentation erläutert und erklärt. Es wird Open Office Calc als Software
verwendet. Open Office kann unter Open Office downgeloadet werden.
•
2.2.1.1. Grundlagen Wenn Funktion
Die Funktion WENN kann in Tabellenkalkulationsprogrammen vielseitig angewendet
werden. Es gibt ein einfaches WENN und ein verschachteltes WENN. Außerdem
kann die Funktion WENN unter anderem auch durch UND/ODER(...) ergänzt
werden.
Die einfache Wenn Funktion ist folgendermaßen aufgebaut:
=WENN(Prüfung; DANN_Wert; SONST_Wert)
Prüfung kann auch als Bedingung bezeichnet werden. Hier wird eingegeben, was von Open
Office Calc geprüft werden soll. Es soll zum Beispiel geprüft werden, ob der Inhalt der Zelle
C3 größer als 5 ist. Die Eingabe würde lauten C3>5. Die verschiedenen Teile der Wenn
Funktion werden durch einen Strichpunkt getrennt.
Im Teil DANN_Wert wird eingegeben, was passieren soll, wenn die Prüfung positiv bzw. die
Bedingung erfüllt ist. Zum Beispiel steht in C3 nun eine Zahl, welche größer als 5 ist. Was
soll DANN passieren? Als Kommentar soll "größer als 5" ausgegeben werden. Der
Text/Kommentar muss unter Anführungszeichen gesetzt werden. Nach einem weiteren
Strichpunkt folgt der SONST-Wert.
Im Teil SONST_Wert wird eingegeben, was passieren soll, wenn die Prüfung negativ bzw.
53

die Bedingung nicht erfüllt ist. Zum Beispiel steht in C3 eine Zahl die kleiner als 5 ist. Als
Kommentar soll "kleiner als 5" ausgegeben werden.
Die Wenn Funktion mit UND/ODER ist folgendermaßen aufgebaut:
=WENN(UND(Prüfung1; Prüfung2; ...); DANN_Wert; SONST_Wert)
Der grundsätzliche Aufbau der Wenn Funktion verändert sich nicht. Das UND (bzw. ODER)
ist ein Teil der Prüfung. In diesem Fall gibt es aber mehrere Bedingungen bzw. Prüfungen. Es
soll zum Beispiel geprüft werden ob C25 größer als 20 und C26 größer als 30 ist. Die Prüfung
ist: UND(C25>20; C26>30). Grundsätzlich können so viele Bedingungen/Prüfungen wie
gewünscht durchgeführt werden. Im DANN_Wert kann zum Beispiel wieder ein Kommentar
ausgegeben werden. Wenn also alle Bedingungen erfüllt werden, DANN soll etwas geschehen
(zum Beispiel Berechnung oder Kommentar). Wenn eine der beiden Bedingungen nicht
erfüllt bzw. eine der Prüfungen negativ ist, dann wird der SONST_Wert verwendet.
Wird UND durch ODER ersetzt, muss nur noch eine Bedingung erfüllt sein und nicht beide.
Die verschachtelte Wenn Funktion ist folgendermaßen aufgebaut:
=WENN(Prüfung; DANN_Wert; WENN(Prüfung; DANN_Wert; SONST_Wert))
Der Aufbau einer Wenn Funktion verändert sich auch bei einem verschachtelten Wenn nicht.
Anstatt des SONST Wertes der ersten Wenn Funktion wird einfach ein weiteres Wenn
eingefügt. Ein verschachteltes Wenn wird dann benötigt, wenn mehr als zwei
Lösungen/Ergebnisse nötig sind. Das folgende Bild zeigt die Unterschiede zwischen den
erwähnten Wenn-Variationen hinsichtlich der Lösungen auf.
54

2.2.1.2. SVerweis
Der SVerweis durchsucht eine spaltenbezogene Matrix nach einem bestimmten
definierten Suchkriterium und gibt diesen Wert in einer gewählten Zelle wieder.
Die Funktion SVerweis ist folgendermaßen aufgebaut: =SVerweis(Suchkriterium, Matrix,
Index, Sortiert). Das Suchkriterium ist jener Wert, nach dem gesucht wird. Die Matrix ist
unsere Tabelle, in der die Daten enthalten sind. Index bezeichnet die Spalte, die anhand der
Matrix wiedergegeben werden soll. Sortiert bedeutet, dass nach einer genauen
Übereinstimmung von Suchkriterium und Matrix gesucht wird oder auch Zwischenwerte
miteinbezogen werden können. Sehen wir uns dies noch an einem Beispiel an.
Die Noten sollen anhand der Liste in Worten angezeigt werden:
Wir müssen dazu Folgendes in C2 eintragen: =SVERWEIS(B2;A4:B8;2;0). Das
Suchkriterium entspricht B2 (Note 5). Die Matrix ist von A4 bis B8, also die gesamte Tabelle.
Wir müssen als Index 2 angeben, da wir ja die Noten in Worten ausgeben möchten und unsere
Tabelle aus zwei Spalten besteht, für uns jedoch die zweite Spalte interessant ist. Bei Sortiert
tragen wir 0 ein, da wir eine genaue Übereinstimmung suchen, zur Erklärung eine Note 4,5
gibt es nicht, sondern nur 4 oder 5.
55

2.2.2. Textverarbeitung
Lehrziel: Die TeilnehmerInnen beherrschen die Grundfunktionen der Textverarbeitung. Dazu
zählen insbesondere:
• Dokument-Grundeinstellungen
o Papierformat, Ausrichtung
o Einstellungen für den Ausdruck
o Versionsverwaltung
• Speichern bzw. Einordnen von Dokumenten in vorgegebene Speicherstrukturen
• Seitenvorlagen
• Drucken von Dokumenten auf lokalen Druckern und Netzwerkdruckern
• Funktionen der Textformatierung
o Einsetzen von Tabulatoren, Randbegrenzung und Erstzeileneinzug
o Erstellen und verwalten von Kopf- und Fußzeilen
o Erstellen und verwalten von Fußnoten
o Erstellen von Aufzählungen und Listen
o Erstellen und formatieren einfacher Tabellen
o Anwenden des Textflusses in Spalten
o Wählen einer angemessenen Typografie (Wählen der Schriftarten und
Schriftauszeichnungen (kursiv, fett, ..))
o Erstellen von Überschrift-Formaten
o Erstellen und Einfügen von Verzeichnissen
o Erstellen von Absatz-Formaten
• Importieren bzw. einfügen von Grafiken
56

Nachfolgend angeführte Quellen aus dem Angebot des Internets behandeln Teile der
angeführten Aufgabenstellungen. Alle Quellen wurden zuletzt am 11. 2. 2009 aufgerufen.
• Quellen zur Textverarbeitung
o http://www.klickdichschlau.at/ecdl_uebungen_word.php
o http://borumat.de/openoffice-writer-tipps
o http://www.sphynxx.de/downloads/tutorials/Textverarbeitung.pdf
• Verwandte Themen
o http://www.zehn-finger.de/
57

3. Informationsdarstellung
Um Informationen darstellen oder verarbeiten zu können, müssen diese eindeutig
beschrieben werden. Dies kann z. B. in der realen, natürlichen Umwelt durch Ziffern oder
Zahlen geschehen. Um Informationen in einem Rechner darzustellen, spielt die Zahl 2 eine
bedeutende Rolle. Dies ergibt sich z. B. durch die Zustände Strom ein/Strom aus und wird in
diesem Zusammenhang als Bit bezeichnet. Auf dieser Einheit basieren letztendlich alle
möglichen, verschiedenen Kodierungen, um Informationen (z. B. Zahlen oder Texte) in
einem Computersystem abzubilden.
3.1. Bits & Bytes
Beschäftigt man sich mit Computern kommt man unweigerlich mit verschiedensten
Zahlenwerten in Berührung. Grundlage dieser Zahlen bildet immer die Zahl 2, die man durch
zwei Zustände erhält. Die Interpretation dieser zwei Zustände durch die Ziffern 0 und 1 ergibt
das BIT.
Wer immer sich über die Leistungsfähigkeit von Produkten aus dem Computerbereich
informiert, wird dabei wahrscheinlich auf einige „magische” Werte (z. B. 128, 512, 4096,
32768, 65536, oder auch die um eins kleineren Zahlen, z. B. 32767) treffen. Als "Geheimnis"
hinter all diesen Zahlen entpuppt sich die Zahl 2 (128=2 7 bit, 512=2 9 , 4096=2 12 , 32768=2 15 ,
65536=2 16 ).
Diese zentrale Rolle der Zahl 2 ist kein Zufall: Informationen, die mit zwei Zuständen
(nämlich Strom und kein Strom) dargestellt sind, lassen sich mit Hilfe elektronischer
Schaltelemente (in der Anfangszeit der Computer Relais und Röhren, heute ausschließlich
Transistoren) zu neuen Ergebnissen verknüpfen und können z. B. mit Hilfe magnetisierbarer
Materialien (codiert z. B. durch die Magnetisierungsrichtung) über längere Zeit aufbewahrt
werden.
Diese zwei Zustände (z. B. auf elektrischen Leitungen Strom / kein Strom, ...) lassen sich
verschieden interpretieren: etwa als die logischen Werte „Falsch” und „Wahr”, oder als die
beiden Ziffern 0 und 1 (manchmal auch – zur Unterscheidung von den zehn Dezimalziffern –
durch die beiden Buchstaben „O” und „L” repräsentiert).
Die letztere Interpretation gab einer Einheit, die genau zwei verschiedene Zustände haben
kann, übrigens ihren Namen: Streicht man aus dem englischen ”binary digit” (=binäre Ziffer,
Ziffer zur Basis Zwei) die mittleren Buchstaben heraus, ergibt sich das Bit.
Lassen sich mit einem Bit zwei verschiedene Zustände darstellen, so können mit zwei Bit
schon 4 (=2 2 ) verschiedene Zustände nachgebildet werden (nämlich 00, 01, 10 und 11), mit
58

drei Bits 8 (=2 3 ), ...
Allgemein: Mit n Bits lassen sich 2 n verschiedene Zustände darstellen.
Fasst man acht Bit zusammen (damit können 2 8 =256 verschiedene Zustände dargestellt
werden; in der Regel genug, um alle Zeichen einer Sprache darstellen zu können), so erhält
man als nächst größere Einheit ein Byte. Selbstverständlich gibt es von diesen Bytes (wie
auch den Bits) auch die gängigen Vielfachen, wie Kilo, Mega, Giga, ... Bei der Umrechnung
spielt jedoch – im Gegensatz zum sonst üblichen Gebrauch – nicht die Zehn, sondern
wiederum die Zwei die Hauptrolle: 1 kB (Kilobyte) = 1024 Byte (1024=2 10 ), 1 MB
(Megabyte) = 1024 kB = 1.048.576 Byte, ...
Die letzte Einheit, die noch zu erwähnen wäre, ist das Wort. Dieses ist – abhängig vom
verwendeten Computertyp – 2, 4 oder 8 Byte (16-Bit-, 32-Bit- oder 64-Bit-Prozessoren) groß
und stellt üblicherweise die Menge an Information dar, die dieser Computer mit einem
Arbeitsschritt verarbeiten kann.
3.2. Darstellung von Zahlen
Um Zahlen in einem Computersystem darstellen zu können, gibt es verschiedene
Möglichkeiten. Die wichtigsten davon sind die Binärdarstellung und die
Gleitkommadarstellung.
3.2.1. Darstellung von ganzen Zahlen
Die Binärdarstellung ganzer Zahlen schöpft alle möglichen Bitkombinationen aus: So lassen
sich z. B. in 16 Bit alle ganzen Zahlen von 0 bis 65.535 bzw. (wenn ein Vorzeichen
verwendet wird) von -32.768 bis +32.767 darstellen. Bei 32 Bit wären das die ganzen Zahlen
von 0 bis 4.294.967.295 bzw. -2147483648 bis 2.147.483.647.
3.2.2. Darstellung von Nachkommastellen
Sollen Zahlen mit Nachkommastellen (oder auch sehr große bzw. kleine Zahlen) dargestellt
werden, bedient man sich eines ähnlichen „Tricks” wie die „wissenschaftliche Notation” von
Zahlen (z. B. -2,6410•10 8 bzw. auf dem Taschenrechner-Display -2.64E+8): Die Zahl wird in
eine Mantisse (in diesem Beispiel -2,64) sowie einen Exponenten (im Beispiel: +8) zu einer
vorher festgelegten Basis (im Beispiel: 10) zerlegt. Für die Darstellung der Mantisse (die
soweit „normalisiert” wird, dass sich das Dezimalkomma an einer bestimmten Stelle befindet,
so dass eine „ganzzahlige” Darstellung möglich ist) und des Exponenten werden dann jeweils
eine festgelegte Anzahl von Bits verwendet, wodurch einerseits der Wertebereich,
andererseits auch die Genauigkeit der darstellbaren Zahlen festgelegt ist (diese Darstellung
wird als Gleitkommadarstellung von Zahlen bezeichnet). Die im PC-Bereich gängigen
59

Gleitkommaformate mitsamt ihren wichtigsten Eigenschaften sind in nachstehender Tabelle
dargestellt:
Format "short" "long" [Anmerkung 1] "extended"
Größe [Bits] 32 64 80
Größe [Bytes] 4 8 10
kleinster darstellbarer Wert [Anmerkung 2] ≈1,175•10 -38 ≈2,225•10 -308 ≈3,362•10 -4932
größter darstellbarer Wert [Anmerkung 3] ≈3,403•10 +38 ≈1,798•10 +308 ≈1,190•10 +4932
Genauigkeit ≈7 ≈16 ≈19
Besondere Aufmerksamkeit verdient die Tabellenzeile "Genauigkeit": Diese besagt nicht,
dass alle Zahlen und Rechenergebnisse exakt darstellbar sind, sofern sie sich auf die
angegebenen Dezimalstellen beschränken, sondern lediglich, dass sich das Rechenergebnis im
Computer vom tatsächlichen Rechenergebnis maximal in der Größenordnung der
angegebenen Dezimalstelle unterscheiden kann. Es kommt also zu Ungenauigkeiten aufgrund
der Zahlendarstellung [Anmerkung 4] , die sich leider durch weitere Rechenoperationen
aufschaukeln und das Gesamtergebnis z.T. signifikant verfälschen können (besonders anfällig
hierfür sind Vergleichsoperationen und Rundungsfunktionen wie zu GANZZAHL() in
Microsoft EXCEL).
Anmerkungen
1. ↑ Dieses Format wird zu auch von Microsoft EXCEL verwendet.
2. ↑ Liegt ein Rechenergebnis betragsmäßig unter diesem Wert, so wird es durch 0
ersetzt.
3. ↑ Liegt ein Rechenergebnis betragsmäßig über diesem Wert, so wird eine
Überlauffehleranzeige ausgelöst.
4. ↑ Grund ist wiederum das in Computern verwendete Binärsystem. Aber auch im
gängigen Dezimalsystem lässt sich ähnliches beobachten, wenn gewisse Brüche mit
einer begrenzten Anzahl von Stellen dargestellt werden müssen. Nimmt man z.B.
einen Taschenrechner her, dividiert 1 durch 3 und multipliziert man das Ergebnis
wieder mit 3, so zeigen viele Geräte als Ergebnis nicht 1, sondern 0,99999...an.
60

3.3. Darstellung von Texten
In einem Computer sollen nicht nur Zahlen, sondern auch Texte dargestellt werden können.
Basis der Textdarstellung (ohne Schriftarten, Schriftgrößen oder sonstige Formatelemente) ist
ein Zeichen, das in der Regel in einem Byte dargestellt wird. Die verschiedenen
Bitkombinationen eines Bytes werden dabei gemäß einer Codetabelle den darzustellenden
Zeichen zugeordnet.
3.3.1. ASCII-Code
Alle in den gängigen Personalcomputern verwendeten Zeichensätze basieren auf dem sog.
ASCII-Code (ASCII ist die Abkürzung für „American Standard Code for Information
Interchange”), der von ANSI (dem „American National Standards Institute”, dem
Normungsgremium der USA) genormt wurde. Der ASCII-Code benutzt von den 8 Bit eines
Bytes nur 7 Bit (das 8. Bit wird in der Regel auf 0 belassen) und belegt die Zeichen gemäß
nachfolgender Tabelle:
61

Die Zeichen des ASCII-Zeichensatzes gliedern sich in zwei Kategorien:
Darstellbare Zeichen
Darstellbare Zeichen werden zur Darstellung von (einzelnen) Textzeichen verwendet und
werden in der obigen Tabelle durch ihren Wert repräsentiert. Dazu zählen die Groß- und
Kleinbuchstaben („A”...„Z”, „a”...„z”), die Ziffern („0”...„9”), die Interpunktionszeichen („.”,
„:”, „!”, „?”, ...), einige Sonderzeichen („$”, „@”, „%”, ...) sowie das Leerzeichen (in der
Tabelle als SPC für engl. „space” bezeichnet).
Nicht im ASCII-Zeichensatz enthalten sind die (europäischen) nationalen Sonderzeichen, wie
die deutschen Umlaute („Ä”, „Ö”, „Ü”, „ä”, „ö”, „ü”) oder das scharfe S („ß”). In einem rein
amerikanischen Zeichensatz mussten sie nicht vorhanden sein; problematisch wurde die
Situation jedoch, als der Zeichensatz „internationalisiert” wurde, indem Computer und
Programme, die den betreffenden Zeichensatz verwendeten, aus den USA exportiert bzw.
außerhalb Amerikas entwickelt und erzeugt wurden.
Der Lösungsansatz, der in modernen Personalcomputern verwendet wird, ist im Prinzip
überall derselbe: die verbleibenden 128 Bitkombinationen eines Bytes werden verwendet, um
zusätzliche Zeichen darzustellen. Leider ist die Belegung dieser 128 Zeichen unterschiedlich
ausgefallen, was sowohl die Auswahl von Zeichen als auch die Position von gemeinsamen
Zeichen betrifft, so dass ein Austausch von Texten zwischen Personalcomputern
unterschiedlichen Typs zu unerwarteten Ergebnissen führen kann.
Steuerzeichen
Steuerzeichen dienen dazu, an Endgeräten verschiedene Funktionen auszulösen. Sie sind in
der Tabelle durch ein zwei bis drei Zeichen langes Kürzel für ihre Funktion (in kursiver
Schrift) dargestellt. Die wichtigsten Steuerzeichen sind BS (backspace, Rückschritt), HT
(horizontal tab, Sprung zur nächsten Tabulatorposition), CR (carriage return, Wagenrücklauf),
LF (line feed, Zeilenvorschub), FF (form feed, Seitenvorschub), BEL (bell, Auslösung eines
akustischen Signals, z. B. eines Pfeiftons) sowie ESC (escape, ein Steuerzeichen, das
Zeichenfolgen für Steuerfunktionen einleitet, die im ASCII-Zeichensatz nicht definiert sind).
3.3.2. UNICODE-Zeichensatz
Abhilfe gegen die Mängel des ASCII-Zeichensatzes bietet der sog. UNICODE-Zeichensatz.
Grundidee dieses Zeichensatzes ist es, alle Zeichen der gegenwärtig verwendeten (sowie auch
der wichtigsten historischen) Schriften in einem Zeichensatz darstellen zu können. Dies
beinhaltet auch die fernöstlichen Schriften (japanisch, chinesisch und koreanisch), die sich
durch einen sehr großen Zeichenvorrat auszeichnen (da es sich bei diesen Schriften um Wort-
bzw. Silbenschriften handelt). Da bei einem derart großen Zeichensatz mit einem Byte für die
Darstellung eines Zeichens nicht das Auslangen gefunden werden kann, verwendet der
UNICODE-Zeichensatz zwei Byte (16 Bit) zur Darstellung eines Zeichens. Vorkehrungen zur
Verwendung des UNICODE-Zeichensatzes gibt es in den gängigen Betriebssystemen (z. B.
Windows), Programmiersprachen (z. B. Java) und einigen anderen Programmen.
62

Erwähnenswert in diesem Zusammenhang ist UTF-8 (8-bit Unicode Transformation Format).
Dies ist die am weitesten verbreitete Kodierung für Unicode-Zeichen und hat eine zentrale
Bedeutung als Zeichenkodierung im Internet [1] .
3.4. Darstellung von Bildern und Schall
Um Bilder oder Schall in einem Computersystem darstellen zu können, müssen diese
digitalisiert werden. Im Folgenden wird dieser Vorgang beschrieben.
Unsere Wahrnehmung der Außenwelt in Form von Bildern oder Schall ist analoger Natur:
In unseren Sinnen entsteht ein exaktes Abbild der Außenwelt, indem eine Größe der
Außenwelt (im Fall von Bildern die Farbe, bei Schallwellen die Amplitude), die sich in
Abhängigkeit des Ortes (statische Bilder), der Zeit (Schall), bzw. auch beider
Bezugsgrößen (Bewegtbilder) ändert, in unseren Sinnesorganen nachgebildet und
transformiert wird. Der Genauigkeit, mit der diese Größen wahrgenommen werden, sind
(zumindest theoretisch) keine Grenzen gesetzt.
"analoges" Bild
Ausschnitt aus einer (analogen) Schallwelle
Um analoge Abbildungen mit Computersystemen bearbeiten, verarbeiten, speichern und
transportieren zu können, müssen diese Größen in Einheiten bestimmter Größe zerlegt
werden: Ein Bild wird gerastert und so in Bildpunkte zerlegt (siehe Pixelgrafik), eine
Schallwelle bzw. ein Bewegtbild wird in gewissen Zeitabständen abgetastet, und auch die
Zielgröße wird auf gewisse Werte hin approximiert. Auf diese Weise erhält man für jeden
Bildpunkt (Bilder) und/oder Zeitpunkt (Schall, Bewegtbilder) einen (oder mehrere)
Zahlenwert(e) als Abbildung der Zielgröße, der/die dann digital (d. h. im Binärsystem)
dargestellt wird. [1]
63

gerastertes Bild
Digitalisierung der Zielwerte
Abtastung einer Schallwelle
digitalisierte Schallwelle
Die Umkehrung des Vorgangs (zur Ausgabe des Bildes bzw. der Schallwelle) erfolgt, indem
die digitalisierten Zielgrößen an den betreffenden Bildpunkten bzw. Zeitpunkten wieder in
ihre analoge Form gebracht (und eventuell durch Zwischenwerte auf geeignete Weise
verbunden) werden. Wird die Auflösung aller Größen klein genug gewählt, ist kein
Unterschied zwischen dem regenerierten Bild bzw. der regenerierten Schallwelle und dem
Original festzustellen.
Rückgewinnung der analogen Form einer Schallwelle
64

3.5. Dateiformate
In einem elektronischen Dokument müssen häufig Informationen verschiedener Art
gespeichert werden: Ein Textdokument z. B. enthält nicht nur den erfassten Text, sondern
auch Formatinformationen (Schriftart und -größe, Seitengröße, Ränder, Tabulatorpositionen
und -arten, Schriftausrichtung, ...) sowie eingebettete Grafiken und Bilder.
Um all diese Informationen in einer Datei (die zunächst nichts anderes als eine Folge von
Bytes ist) richtig identifizieren und interpretieren zu können, müssen Konventionen festgelegt
werden, z. B. wie die verschiedenen Informationsarten gekennzeichnet sind, wie ihre
Anfangsposition und ihre Länge in der Datei ermittelt werden kann, ... Ein Satz solcher
Konventionen wird als ein Dateiformat bezeichnet.
Dateiformate wurden für verschiedene Zwecke definiert: für grafische Informationen (sowohl
für Vektorgrafiken als auch für Pixelgrafiken), für Textdokumente, für die Aufzeichnung von
Schall, für Multimediapräsentationen, für Programme (die „nur” spezielle Dateien sind), ...
Für den gleichen Zweck können dabei durchaus verschiedene Dateiformate definiert sein.
Neben standardisierten Dateiformaten (bei Bildern z. B. GIF, das „Graphics Image Format”,
oder JPEG, ein von der „Joint Photographic Expert Group” genormtes Dateiformat), die auch
zum Informationsaustausch zwischen verschiedenen Anwendungsprogrammen geeignet sind,
definieren viele Applikationen eigene („proprietäre”) Dateiformate.
Der/die BenutzerIn eines Personalcomputers speichert ein von ihm/ihr bearbeitetes Dokument
(Text, Daten, Bild, Sprache, Sound) in einem vom jeweiligen Anwendungssoftwarepaket
vorgesehenen Dateiformat unter Verwendung eines vom Betriebssystem zugelassenen
Dateinamens (File-Name) ab. Zu beachten sind die daraus resultierende eingeschränkte
Zugänglichkeit und Nutzbarkeit durch jene BenutzerInnen, die andere
Anwendungssoftwarepakete einsetzen. Die Vielfalt an PC-Dateiformaten (File-Formaten)
erschwert nicht nur das Wiederauffinden von gespeicherten Dokumenten, sondern auch das
Nutzen der Informationen durch andere BenutzerInnen.
Immer häufiger bestehen bei EndbenutzerInnen-Werkzeugen sowohl beim Speichern als auch
beim Öffnen von Dokumenten Wahlmöglichkeiten zwischen mehreren Dateiformaten.
3.5.1. Textformate
• .txt (ASCII Textdatei)
• .odt (OpenOffice.org Writer)
• .docx (XML-basiertes Dateiformat von Microsoft Word)
• .doc (Microsoft Word)
• .rtf (Rich Text Format; zum Datenaustausch zwischen Textverarbeitungsprogrammen
unterschiedlicher Hersteller)
• .pdf (Portable Document Format; ist ein plattformübergreifendes Dateiformat für
Dokumente)
65

3.5.2. Tabellenkalkulationsformate
• .ods (OpenOffice.org Calc)
• .xls (Microsoft EXCEL)
• .xlsx (XML-basiertes Dateiformat von Microsoft Excel)
3.5.3. Grafikformate
• .tif (Tag Image File Format, zum Austausch hochaufgelöster Bilder im Printbereich)
• .gif (Graphics Interchange Format, beinhaltet verlustfreie Kompression, Verwendung
hauptsächlich in Webdokumenten)
• .jpg (File-Interchange-Format, reduziert (für das menschliche Auge wenig sichtbar)
die Bildqualität und komprimiert das File, um die File-Größe zu verringern, vielseitig
verwendbar, z. B. Digitalkameras, Webdokumente)
• .png (Portable Network Graphics ist ein Grafikformat mit verlustfreier Kompression,
als Ersatz für .gif gedacht)
• .svg (Scalable Vector Graphics, Standard zur Beschreibung zweidimensionaler
Vektorgrafiken in der XML-Syntax)
• .psd (Photoshop Document, ist eines der proprietären Dateiformate von Adobe
Photoshop)
3.5.4. Video und Audio
• .mpg, .mpeg (qualitativ hochwertiges Komprimierungsformat von Audio- und Video-
Daten)
• .wav (Format für Audio-Daten, Microsoft Windows)
• .mp3 (verlustbehaftetes Komprimierungsformat für Audiodateien)
• .mov (QuickTime Movie)
• .avi (Format für Video-Daten, Microsoft Windows)
• .ogg (freies Audio-,Videoformat)
3.5.5. Ausführbare Dateien
• .exe (Windows)
• .com (Windows)
• .bat (Windows)
66

3.5.6. Präsentationsdateien
• .odp (OpenOffice.org Impress)
• .pptx (XML-basiertes Dateiformat von Microsoft PowerPoint)
• .ppt (Microsoft PowerPoint)
3.6. Sicherung der Informationsdarstellung
Bei der Übertragung von Informationen können Fehler auftreten. Um dies zu vermeiden, ist es
wichtig, Informationen abzusichern. Hierbei werden gezielt Redundanzen eingeführt.
Informationen müssen gegen Fehler abgesichert werden, die z. B. bei Datenübertragungen
(durch Störungen des elektrischen Signals), aber auch durch Speicherung auf defekten
Speichermedien auftreten können. Das Prinzip hierfür ist überall dasselbe: Zusätzliche
(„redundante” [1] ) Bits werden eingeführt und erhalten ihren Wert in Abhängigkeit von den
abzusichernden Daten.
Ein einfaches Verfahren dieser Art ist das Paritätsbit: Ein zusätzliches Bit wird so gesetzt,
dass die Anzahl der Eins-Bits gerade (bei „gerader Parität”) bzw. ungerade („ungerade
Parität”) ist. Lautet z. B. der Wert eines Bytes 01101011, so ist dieser Wert bei gerader Parität
durch ein Bit mit dem Wert 1 zu ergänzen: Es ergibt sich 011010111. Wird ein Bit verfälscht
(z. B. 010010111), ist die Anzahl der Eins-Bits ungerade, und die Verfälschung der Daten
wird erkannt. Der Fehler kann aber aus den falschen Daten heraus nicht korrigiert werden (im
Fall der Datenübertragung z. B. müssen die verfälschten Werte noch einmal angefordert
werden). Ebenso wenig können Fehler erkannt werden, bei denen zwei Bits verfälscht wurden
(z. B. 010010101), da die Anzahl der Eins-Bits gerade bleibt.
Aufwändigere Verfahren können auch Fehler erkennen, bei denen mehr als ein Bit verfälscht
wird; manche dieser Verfahren können auch bestimmte Fehler korrigieren, ohne dass die
verfälschten Daten neu übertragen werden müssen. (Im Fall von Disketten und Festplatten
wird z. B. ein Verfahren namens „cyclic redundancy check” eingesetzt; wird z. B. beim Lesen
oder Beschreiben einer Diskette oder Festplatte die Fehlermeldung „CRC-Fehler” angezeigt,
so bedeutet dies, dass eine Verfälschung der aufgezeichneten Information eingetreten ist – z.
B. aufgrund eines Materialdefekts auf dem Datenträger.)
Anmerkungen
1. ↑ Jener Teil einer Informationsmenge, der weggelassen werden kann, ohne den
Informationsgehalt zu ändern, wird als redundant bezeichnet. Redundant ist jedoch
keineswegs gleichbedeutend mit überflüssig: gezielte Redundanz trägt u.a. wesentlich
zur Funktionssicherheit eines Systems durch rechtzeitige Fehlererkennung bei. Ebenso
können durch Einführung gezielter Redundanzen (etwa durch Speichern von häufig
gebrauchten Zwischenergebnissen oder auch durch Einsatz von prinzipiell
redundanten Suchstrukturen Berechnungs- und Suchvorgänge signifikant beschleunigt
werden.
67

3.7. Datenkompression
Wird bei den Verfahren zur Fehlererkennung und -korrektur gezielt Redundanz eingeführt, so
sollen die Verfahren der Datenkompression Redundanz reduzieren, etwa um Speicherplatz
einzusparen oder die Dauer einer Datenübertragung zu verkürzen.
Grundlage der Datenkompression bildet dabei die Beobachtung, dass verschiedene Werte nur
selten gleich häufig gebraucht werden (z. B. kommt in deutschen Texten das „E” wesentlich
häufiger vor als das „Y”). Diese Beobachtung kann ausgenutzt werden, indem häufiger
vorkommende „Zeichen” durch kürzere Bitfolgen dargestellt werden als seltenere Zeichen
(mit dieser Maßnahme allein kann z. B. bei deutschen Texten eine Reduktion des benötigten
Speicherplatzes um ca. 30% erreicht werden).
Aufwändigere Verfahren, die noch bessere Ergebnisse liefern, berücksichtigen darüber hinaus
Abhängigkeiten zwischen verschiedenen „Zeichen” (so kann z. B. angenommen werden, dass
in den Worten der deutschen Sprache auf jedes „Q” ein „U” folgt; Bilder besitzen häufig
größere, mit einer Farbe eingefärbte Flächen, sodass ein Bildpunkt weitaus häufiger mit der
Farbe eines Nachbarpunktes eingefärbt ist als mit einer anderen Farbe). Extrem hohe
Kompressionsraten kann man in Spezialfällen erreichen, in denen das „Original” nicht exakt
rekonstruierbar, sondern lediglich erkennbar bleiben muss (z. B. bei Bildern oder
Schallwellen); höhere Datenkompressionsraten bedingen in diesen Fällen jedoch immer einen
stärkeren Qualitätsverlust zum Original. Kann man das Original wieder vollständig herstellen
spricht man von verlustfreier Kompression, ansonsten von verlustbehafteter Kompression.
Komprimierte Daten sind zur Durchführung von Be- und Verarbeitungsoperationen allerdings
ungeeignet. Vor Be- und Verarbeitungsschritten sind diese Daten daher wieder zu
dekomprimieren.
68

4. Grundlagen Netzwerk
Im Grundlagenblock "Netzwerke" wird erklärt, was unter dem Begriff „Netzwerk“ zu
verstehen ist. Außerdem erfolgt ein kurzer Überblick darüber, wie das Internet entstanden ist
und welche Zugangsmöglichkeiten bestehen. Des Weiteren wird erklärt, wie eine Website
auf den Computer gelangt.
4.1. Was ist ein Netzwerk
Dieser Artikel soll die Frage beantworten, was ein Netzwerk eigentlich ist und woraus es
grundsätzlich besteht. Dabei wird zwischen Computernetzwerken und sozialen Netzwerken
(Social Network) unterschieden. Im Speziellen wird dabei das Thema Computernetzwerk
näher erläutert. Behandelt werden Vorteile, Nachteile sowie Klassifikation von
Computernetzwerken etc.).
4.1.1. Was ist ein Netzwerk
Ein Computernetz ist ein Zusammenschluss von verschiedenen technischen und
elektronischen Systemen. Die Kommunikation erfolgt mittels TCP-IP. Dieses Protokoll ist
plattformunabhängig - das bedeutet, dass es auf allen Betriebssystemen (Windows, Linux,
MAC-OS,...) gleich behandelt wird.
Im Vergleich dazu ist ein Soziales Netzwerk ein Interaktionsgeflecht zwischen Personen, wie
beispielsweise Bekanntschaftsnetzwerke. Konkret sind Soziale Netzwerke - im Sinne der
Informatik - Netzgemeinschaften. Diese werden immer populärer (vergleiche dazu
Plattformen wie Szene1, XING, Facebook,...).
Bereits 59 Prozent aller österreichischen Internet-User nutzen einer aktuellen Studie zufolge
Soziale Netzwerke wie StudiVz, Xing oder Facebook. [1]
4.1.2. Netzwerk
Unter Netzwerk versteht man eine Gruppe von Computern oder anderen Peripheriegeräten,
die miteinander verbunden sind und die miteinander kommunizieren können. Hansen definiert
ein Rechnernetz als ein räumlich verteiltes System von Datenstationen (Rechnern,
Steuereinheiten und peripheren Geräten), die durch Datenübertragungseinrichtungen und -
wege miteinander verbunden sind. [2]
69

Merkmale dafür sind:
• Verbindung von mehreren Computern
• Gemeinsame Kommunikation
• Gemeinsame Nutzung von Ressourcen
• Zentrale Datensicherung
• Optimierung der Rechnerauslastung
Vorteile von Netzwerken
• Rascher Datenaustausch und Datenweitergabe
• Zentrale Verwaltung und Sicherung der NetzwerkteilnehmerInnen und -daten
• Gemeinsame Nutzung von Ressourcen (Drucker, Internetzugang, . . .)
• Gemeinsame Nutzung von Programmen
• Bessere Kontroll- und Überwachungsmöglichkeiten
Nachteile von Netzwerken
• Teure Hard- und Software
• MitarbeiterInnen müssen damit umgehen können
• Netzwerke bedingen AdministratorInnen
• Schnelle Verbreitung von unerwünschten Daten und Programmen
• Fehler erzeugen mehr Probleme
• AngreiferInnen können Schaden anrichten
4.1.3. Klassifikationskriterien
Man kann Netzwerke durch unterschiedliche Beurteilungskriterien voneinander abgrenzen:
• Physikalische Kriterien: Hierbei unterscheidet man, welche Übertragungsmedien
verwendet werden.
• Geografische Kriterien: Dabei kommt es darauf an, welche Netzausdehnung das
Netzwerk hat.
• Organisatorische Kriterien: Privates vs. öffentliches Netz?
• Strukturelle Kriterien: Wie ist die Struktur des Netzwerkes aufgebaut?
• Leistungskriterien: Hierbei spielt die Übertragungsleistung eine Rolle. Steht eine
niedrige, mittlere oder hohe Bandbreite zur Verfügung?
• Funktionskriterien: Es kommt darauf an, wer die primäre Zielgruppe eines Netzwerks
ist. Frontend vs. Backbone?
Im Folgenden werden nun die ersten vier Kriterien näher erläutert.
70

4.1.3.1. Organisatorische Kriterien
Hierbei unterscheidet man zwischen einem öffentlichem Netz (engl.: public network) und
einem privaten Netz (engl.: private network). Unter einem öffentlichen Netz versteht man ein
Kommunikationsnetz, das zu verhältnismäßig geringen Kosten prinzipiell für jedermann
zugänglich ist. Öffentliche Netze bilden in der Regel die Basis für die
Kommunikationsinfrastruktur einer Region. Diese wurden mit staatlichen Geldern aufgebaut
und sind inzwischen oftmals im Besitz von privaten Unternehmen.
Beispiele für solche Netze sind:
• Telefonnetz
• TV-Kabelnetz
• Stromnetz
Ein privates Netz ist ein Kommunikationsnetz, das ausschließlich für interne/private
Kommunikation innerhalb eines Betriebes oder eines Privathaushalts verwendet wird. In der
Regel sind private Netze auch das Eigentum des jeweiligen Betriebes oder Privathaushalts.
Meist geht es hier um den Ausdehnungsgrad (LAN) --> Geografische Ausdehnung.
4.1.3.2. Geografische Kriterien
Diese Kriterien werden in 3 Bereiche unterteilt:
• LAN - Local Area Network
• MAN - Metropolitan Area Network
• WAN - Wide Area Network
Das Local Area Network (kurz: LAN) bildet das interne Netzwerk einer Organisationseinheit.
Diese erstreckt sich über Räume, Stockwerke, Gebäude oder Gebäudegruppen. Solche LANs
sind oft private Netze, die durch eine Firewall meist vom öffentlichen Netz geschützt werden.
Ein wesentlicher Vorteil solcher LANs ist sicherlich die Robustheit (Ausfallsicherheit). Die
Geschwindigkeit in einem LAN liegt in einer Bandbreite von 10 MBit/s und kann bis zu
1Gbit/s gehen. Handelt es sich um eine kabellose Verbindung innerhalb eines LANs, so
spricht man hier von einem WLAN (Wireless Local Area Network).
Bei weiträumigen Datennetzen wie beispielsweise bei einem Metropolitan Area Network
(kurz: MAN; unübliche deutsche Übersetzung: Stadtnetz) [3] oder einem
Weitverkehrsnetzwerk (kurz: WAN) werden in der Regel mehrere Teilnetze von
unterschiedlichen Betreibern miteinander verbunden. Für die Netzwerke ist die Schaffung
einer flächendeckenden Infrastruktur ein zentraler Kostenfaktor. Wichtige Faktoren sind hier
Bandbreitenmanagement, Skalierbarkeit für Datendurchsatzraten und hohe Ausfallsicherheit.
71

Ein solches Beispiel für ein weiträumiges Datennetz war das MAN der DTAG: Bis Ende
2002 haben sich die Städte - Berlin, Düsseldorf, Frankfurt am Main, Hamburg, Hannover,
Köln, München und Stuttgart – zu einem MAN der DTAG zusammengeschlossen.
Zu WANs ist noch zu erwähnen, dass sich diese im Gegensatz zu einem LAN oder MAN über
einen sehr großen geografischen Bereich erstrecken. Die Anzahl der angeschlossenen Rechner
ist auf keine bestimmte Anzahl begrenzt und sie erstrecken sich über Länder oder sogar
Kontinente.
4.1.3.3. Physikalische Kriterien
Welche Übertragungsmedien werden verwendet?
• Kupferkabel
• Glasfaserkabel
• Koaxialkabel
• Funk
4.1.3.4. Strukturelle Kriterien
Die Topologie bezeichnet bei einem Computernetz die Struktur der Verbindungen mehrerer
Geräte untereinander, um einen gemeinsamen Datenaustausch zu gewährleisten.
Die Topologie ergibt sich aus den physischen Verbindungen der Computer:
[4]
• Stern
• Ring
• Bus
• Baum
• Vermaschte Topologie
4.1.4. Quellen
1. ↑ Vgl. http://futurezone.orf.at/stories/1627334/
2. ↑ Hans Robert Hansen und Gustav Neumann, Wirtschaftsinformatik I, 8. Auflage,
Stuttgart 2001, S. 1132
3. ↑ Hansen,Neumann: Grundlagen von Rechnernetzen, in: Hans Robert Hansen und
Gustav Neumann, Wirtschaftsinformatik 2 - Informationstechnik, 9. Auflage, Stuttgart
2005, S. 559-579
4. ↑ vgl. Hans Robert Hansen und Gustav Neumann, Wirtschaftsinformatik I, 8. Auflage,
Stuttgart 2001, S. 1132
72

4.1.5. Weiterführende Links
• Rechnernetz Wikipedia
• Netzwerktypen
• Netzwerkkonzept
4.2. Internet
Das Internet wird heutzutage in zunehmendem Maße dafür genutzt, Informationen im
weltweiten Netz zu finden, mit Personen in aller Welt in Kontakt zu treten sowie um
Informationen und Dokumente auszutauschen. Für diese Tätigkeiten stehen dem Benutzer/der
Benutzerin eine Reihe von unterschiedlichen Diensten zur Verfügung.
4.2.1. Entstehung des Internets
USA, 1969: Es war die Zeit des Kalten Krieges und die Angst vor einem atomaren Angriff
war groß. Das Militär suchte fieberhaft nach neuen Kommunikationsmöglichkeiten. Man
forschte nach einem System, das so flexibel ist, Militäreinheiten an verschiedenen Standorten
miteinander zu verbinden und in Echtzeit miteinander kommunizieren zu lassen, und das
selbst dann aufrecht bleibt, wenn einzelne Verbindungen zerstört werden. Die Idee des
Internets war geboren.
Das so genannte ARPANET war damals auf die militärische Nutzung beschränkt. Man
begann, einzelne Computer miteinander zu vernetzen. Kennzeichnend für das ARPANET war
auch eine dezentrale Verwaltung der Daten. Es erfolgte ein Datenabgleich der einzelnen
Rechner, die bereits alle miteinander kommunizieren konnten. Wurde ein Computer zerstört,
blieben die Informationen auf den anderen Geräten erhalten.
Die Grundlage des ARPANETs stellte das TCP/IP-Protokoll dar, das 1983 als neues
Übertragungsprotokoll eingeführt wurde und das auch heute noch vor der
Kommunikationsstandard des Internets ist.
Im Laufe der Jahre wurde das Internet auf die universitären Einrichtungen in den USA
ausgeweitet. Anfang der 90-iger Jahre, mit Entstehung des World Wide Web, begann der
eigentliche Boom des Internets. Durch die Entwicklung der Hyper Text Markup Language
wurde das Internet zunehmend auch für Unternehmen und Privatanwender interessant, da die
Dienste mittels grafischer Oberfläche einfach zu bedienen wurden.
Die ersten Dienste waren zu Beginn noch kommandoorientiert. Der erste Internetdienst ist das
Telnet. Mit Hilfe von Telnet lässt sich ein entfernter Computer fernsteuern. Die
Tastatureingaben und Befehle werden vom fernen Computer so interpretiert, als würde der
73

Benutzer den Computer direkt bedienen. Das Telnet hat heute ziemlich an Bedeutung
verloren. Es wird teilweise noch bei Bibliotheksabfragen verwendet.
Das WWW ist erst Anfang der 90iger Jahre entstanden. Sein Vorläufer war der Gopher.
Gopher-Dokumente werden über ein hierarchisches, nach Themengebieten geordnetes,
Textmenü zur Verfügung gestellt. Eine Verknüpfung der Dokumente untereinander existiert
noch nicht, die Navigation zwischen den Dokumenten ist ähnlich der des Windows-Explorers.
Der Gopher wurde mittlerweile fast vollständig durch das WWW abgelöst.
4.2.2. Zugang zum Internet
Im Folgenden werden die verschiedenen Möglichkeiten beleuchtet, um als PrivatanwenderIn
einen Internetzugang aufzubauen. Die Einwahl erfolgt dabei immer über einen so genannten
Internetprovider.
4.2.2.1. Modem & ISDN
Eine Einwahl mittels Modem stellt die einfachste Zugangsvariante dar. Es wird eine
bestehende Telefonleitung genützt, gleichzeitiges Telefonieren ist nun aber nicht möglich. Die
Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei maximal 56 KBit/s und stellt mit Abstand die
langsamste Verbindung dar. Für Internetbenutzer, die wenig surfen und downloaden, und nur
ab und zu online sind, stellt es aber nach wie vor die günstigste Variante dar, da bei vielen
Providern keine Grundgebühr, sondern lediglich Verbindungskosten anfallen. Wer einen
ISDN-Anschluss besitzt, kann mit einer speziellen ISDN-Karte die bestehende Telefonleitung
zur Einwahl benutzen. Die Geschwindigkeit liegt bei etwa 64 KBit/s und gleichzeitiges
Telefonieren ist möglich. Da der ISDN-Anschluss wesentlich teurer ist und zusätzlich noch
Anschaffungskosten für die ISDN-Karte entstehen, hat dieser Internetzugang heute praktisch
keine Bedeutung mehr.
4.2.2.2. Breitbandzugang
ADSL (Telefonnetz), Internet über Kabel-TV und PowerLine (Strom) stellen schnelle
Zugangsvarianten über Breitband dar. Für alle diese Zugänge wird ein spezielles Modem
verwendet, das an die Netzwerkkarte des Computers angeschlossen wird. Bei den
Geschwindigkeiten (die Provider bieten je nach Tarif Bandbreiten zwischen 256 Kbit/s und
mehreren MBit/s an) und Kosten sind diese Varianten durchaus miteinander vergleichbar. Im
Normalfall wird vom Provider ein monatlicher Fixpreis verrechnet, unabhängig von der
tatsächlichen Onlinezeit, teilweise gibt es limitierte monatliche Übertragungsraten.
Der Zugang über eine Breitbandverbindung ist vor allem für Vielsurfer interessant, die auch
größere Dateimengen downloaden. Während bei ADSL die bestehende Telefonleitung genutzt
wird (gleichzeitiges Telefonieren ist möglich), werden beim Zugang über Kabel die Leitungen
des Kabelfernsehens verwendet. PowerLine stellt eine ganz junge Möglichkeit des
Internetzugangs dar. Seit ein paar Jahren gibt es in einigen Gebieten Oberösterreichs die
Möglichkeit, Internet über die Steckdose zu benutzen. Der Vorteil dabei ist, dass keine
zusätzlichen Leitungen verlegt werden müssen und von jeder Steckdose losgesurft werden
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kann. Auch die Handynetz-Betreiber bieten bereits Möglichkeiten für schnelles Surfen im
Internet. Mit einer Multimedia Card lässt sich GPRS oder UMTS für mobiles Internet
benützen. Die Datenraten sind dabei mit einer Breitbandverbindung vergleichbar.
4.2.2.3. Satellitenzugang
Eine schnelle Internetverbindung lässt sich auch über Satellit verwirklichen. Die
Datenübertragungsrate liegt bei bis zu 24 Mbit/s. Über diese Verbindung ist allerdings nur ein
Download möglich, für das Uploaden, wie z. B. das Versenden von E-Mails wird nach wie
vor eine herkömmliche Internetverbindung benötigt. Mittlerweile wird zwar auch schon eine
bidirektionale Satellitenverbindung am Markt angeboten. Diese ist allerdings aufgrund der
hohen Kosten für Privatanwender weniger interessant.
Weiterführende Links
• Internetgeschichte ISOC
4.3. Grundlagen DNS
Die zentrale Frage, die in diesem Beitrag beantwortet wird, dreht sich um die Funktionsweise
des Internets. Konkret geht es darum, wie das Internet funktioniert und wie eine
Internetanfrage vom Webserver zum eigenen Rechner (z.B. nach Hause) gelangt.
Funktionsweise des Internets
Das Internet ist kein einheitliches, zusammenhängendes Netzwerk: es stellt lediglich eine
Verbindung unterschiedlicher, kleiner Teilnetzwerke dar. Diese Subnetzwerke können
unterschiedlich aufgebaut sein, entscheidend ist nur, dass sie die gleiche „Sprache“ sprechen.
Für die Kommunikation der Teilnehmer im Internet muss ein Protokoll verwendet werden,
das TCP/IP-Protokoll. TCP/IP besteht eigentlich aus 2 Protokollen und ist die Abkürzung für
Transmission Controll Protocol / Internet Protocol. „Protokoll“ selbst bezeichnet eine
Ansammlung von Regeln, die Computer verwenden, um über ein Netzwerk miteinander
kommunizieren zu können.
Die einzelnen Datenpakete werden nicht als Gesamtpaket durchs Netz versendet, sondern
bereits beim Absender in kleine Teilpakete zerteilt, die sich eigenständig den Weg durchs
Internet zum Empfänger suchen. Im so genannten Header werden noch Zusatzinformationen
zum Paket erfasst. Neben der IP-Adresse des Absenders und Empfängers und der Größe der
Datei, werden im Header noch die Informationen mitgeliefert, aus wie vielen Teilpaketen das
Gesamtpaket besteht und wie diese zusammengesetzt werden müssen.
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Jedes Paket sucht sich eigenständig den Weg durchs Internet. Sind Leitungen unterbrochen
oder überlastet, wird auf andere Routen ausgewichen. Beim Empfänger werden die
Datenpakete wieder zu einem Gesamtteil zusammengefügt. Durch die Informationen im
Header kann überprüft werden, ob alle Teile den Empfänger erreicht haben und wie diese
Teile zusammengesetzt werden müssen. Fehlen Teilpakete werden sie neu angefordert. Das
Handling der Teilpakete übernimmt das IP-Protokoll. Für die eigentliche Übertragung der
Daten ist das TCP-Protokoll zuständig. Als Erstes wird überprüft, ob die Gegenstelle
verfügbar ist und wenn ja, wird die Verbindung aufgenommen. Ist alles in Ordnung, so geht
die Gegenstelle in Empfangsbereitschaft und die Pakete werden übermittelt.
Jeder Internetdienst ist unter einem speziellen Port erreichbar. Ports sind vergleichbar mit
einer Nebenstelle einer Telefonanlage. Dadurch wird es möglich, gleichzeitig mit
unterschiedlichen Internetdiensten zu arbeiten, z. B. im Internet zu surfen, E-Mails abzurufen
und eine Datei über FTP downzuloaden. Beispielsweise ist http üblicherweise über den Port
80 zu erreichen. Wird nicht der Standardport für einen Internetdienst verwendet, muss der
verwendete Port in der Adressierung mit angegeben werden.
Jeder Computer, der mit dem Internet Verbindung aufnimmt, benötigt eine weltweit
eindeutige Adresse, unter der er angesprochen werden kann. Wir sprechen von der so
genannten IP-Adresse. Jede IP-Adresse im Internet ist einmalig. Die IP-Adressen werden
durch die Network Information Center (NIC) zentral vergeben. Jedes Land und jeder Provider
erhält einen Pool an Adressen, die an die einzelnen Teilnehmer zugewiesen werden können.
Der Teilnehmer erhält vom Provider entweder eine fixe IP-Adresse (statische IP) oder sie
wird ihm bei jeder Interneteinwahl neu zugewiesen (dynamische IP).
Diese IP-Adressen werden für die gesamte Kommunikation im Internet benötigt.
Da die IP-Adressen für uns schwer merkbar sind, sprechen wir die Website des IDV
folgendermaßen an:
http://www.idv.edu
Wir sprechen hier von einem Domain Name System.
Die Adressierung mit Domains im Browser wird als URL bezeichnet (= Uniform Ressource
Locator). Die Schrägstriche nach der Protokollangabe stellen immer normale Schrägstriche
(//) dar. Das Internet ist ursprünglich aus der Unix-Welt heraus entstanden, daher hat auch der
Backslash (\) aus der DOS-Welt hier nichts verloren.
Intern wird diese Adressierungsweise in die obige IP-Adresse umgewandelt und die Anfrage
abgesendet. Damit der Computer die zugehörige IP findet, sendet er zuerst eine Anfrage an
einen so genannten Domain Name Server, auf dem die Domains samt zugehöriger IP-Adresse
gespeichert sind. Da die Anzahl der IP-Adressen aber beschränkt ist, gibt es bestimmte
Adressbereiche, die für private Netzwerke reserviert sind. Diese Adressen werden im Internet
niemals verwendet. Da diese IP-Adressen nur im privaten Netz verwendet werden, können
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alle privaten Netze die gleichen Adressbereiche verwenden. Das zurzeit verwendete IP-
Protokoll IPv4 bietet einen Adressraum für etwa 4 Milliarden IP-Adressen. Da sich die Zahl
der Internetbenutzer aber kontinuierlich erhöht, werden die zur Verfügung stehenden
Adressen mittlerweile knapp. Um dieses Problem zu lösen, wird seit 1995 das Nachfolger-
Protokoll IPv6 entwickelt, das statt 32 Bit nun 128 Bit verwendet.
Für jeden Internetdienst wird ein spezielles Protokoll benötigt. Alle diese Protokolle bauen
auf TCP/IP auf.
Jede Internetadresse endet mit einer Top-Level-Domain. Es wird zwischen organisatorischen
und geografischen Domains unterschieden.
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Eine detaillierte Auflistung der TLDs ist unter http://de.wikipedia.org/wiki/Top-Level-
Domain zu finden. In den USA werden ausschließlich gTLDs verwendet, eine .us-Domain
gibt es nicht. Generell ist die Bereichseinteilung nicht unbedingt zwingend. Manche ccTop-
Level-Domains enthalten zusätzlich eine Sub-TLD. Beispielsweise steht .co.at für ein
österreichisches Unternehmen oder .gv.at für eine österreichische Regierungseinrichtung.
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