IKT - Modul IKT 20/21 (PO 2017) PDF

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Modul IKT 20/21 (PO 2017)...

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Hochschule RheinMain – Media Management – Modul IKT (PO 2017) im WS 2020/2021

Modul IKT Hinweis zur besonderen Situation wegen Covid-19: Dieses kleine Skript entspricht dem Skript, dass ich auch in „normalen“ Semestern jeweils aktualisiert herausgebe. Nicht alles kann im aktuellen Semester wie sonst auch behandelt werden. Aber Sie sollen von Beginn an auch wissen, was IKT umfasst. Nur was behandelt wird, ist auch klausurrelevant. Erfreulicherweise habe ich – genauer: haben SIE – im Wintersemester Unterstützung durch einen Tutor: David Wenzel. Das Modul IKT zur Einführung in die Informations- und Kommunikationstechnik findet gemäß der Prüfungs ordnung 2017 im 1. Semester statt. Das Modul besteht aus zwei inhaltlich miteinander verbundenen Lehrveranstaltungen: IKT I Wie funktioniert ein Computer? Aus welchen Komponenten besteht er? IKT II Wie sind Computer miteinander vernetzt? Wie ist das mit der IKT-Sicherheit? Beide Lehrveranstaltungen beziehen sich immer wieder auf aktuelle Themen und benötigen die ebenfalls vermittelte Allgemeine Modelltheorie sowie die Allgemeine Systemtheorie. Die Themenbereiche in IKT sind Hardware Software IT-Systeme Netzwerk Sicherheit Abstraktion

Aufbau und Funktionsweise von Rechnern Interaktive Ablaufsteuerung von Geschäftsprozessen im Rechner Diverse Beispiele für IT-Systeme Rechnervernetzungen von Rechner und Rechnerkommunikation Modelle, Systeme, Vorgehensweisen Dieser Themenbereich zieht sich quer durch alle anderen Themenbereiche. Exemplarisch wird er in den Stichwortlisten durch blaue Schrift hervorgehoben.

Zu beachten ist, dass die Themenbereiche immer auch neue Entwicklungen umfassen, so dass sie von Semester zu Semester aktualisiert werden. Der Inhalt der Lehrveranstaltungen von IKT ist in den nachfolgenden Seiten beschrieben. Der strukturelle Aufbau der Beschreibungen ist dabei folgendermaßen: Themenbereich Themen / Stichworte Literatur

Ziel Online Links

Fragen

Übergeordneter Bereich Nichtabschließende Benennung der Themen bzw. Stichworte Die angegebenen Quellen dienen zum Einstieg, der Vertiefung, Veranschaulichung oder einer alternativen Darstellungsweise. Zum angegebenen Veröffentlichungsjahr: Die Veröffentlichungen unterliegen Aktualisierungen. Es sollten nach Möglichkeit immer die aktuellsten Auflagen, die zu Beginn von IKT vorliegen, genutzt werden. Selbstredend Zur Veranschaulichung / Visualisierung von Sachverhalten in der Lehrveranstaltung verwendete Online Links. Beachten Sie: Diese Links können zum Zeitpunkt der Veranstaltung gfls. nicht mehr verfügbar sein. Hinweis: die Verwendung von wikipedia.org und anderen lässt keine grundsätzliche Aussage über die wissenschaftliche Qualität der Inhalte der Webseiten zu. Eine Auswahl an Fragen. Zum Selbstlernen und Vertiefen sowie zum Vor- und Nachbereiten der Lehrveranstaltung.

Die jeweiligen Auflistungen sind nicht abschließend! Dieses Dokument und die angegebenen Quellen ersetzen nicht die Teilnahme an der Veranstaltung!

Autorin: Prof. Dr. Jutta Hahn – Das Dokument ist nur für den privaten Gebrauch bestimmt.

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Hochschule RheinMain – Media Management – Modul IKT (PO 2017) im WS 2020/2021

Modul IKT (Fortsetzung) Hinweis zur besonderen Situation wegen Covid-19: Anstelle einer Präsenz-Vorlesung findet die Veranstaltung Online statt. Es gibt hier aber keine LiveVeranstaltung, sondern Sie erhalten wöchentlich Literaturangaben zu den Themen, welche Sie eigenständig bis zur nächsten Woche durcharbeiten. Die Angaben finden Sie in StudIP, im gleichen Kurs, in welchem Sie auch das vorliegende kleine Dokument heruntergeladen haben. Dort gibt es auch ein Forum, in welchem ich laufend zu den jeweiligen Literaturangaben klausurähnliche Fragen einstelle, die Sie dort auch beantworten können. Die Themen, die in dem StudIP-Kurs angegeben werden, bilden dann die Grundlage der Klausur. Warum kein eigenes Skript (mehr)? •

• •

Skripte unterliegen rechtlichen Bestimmungen (Urheberrechte etc). Skripte etc. werden daher mit dem Vermerk „Nur für den privaten Gebrauch“ versehen. Skripte werden in StudIP zum Download angeboten: „Diese Datei ist urheberrechtlich geschützt. Sie darf nur im Rahmen dieser Veranstaltung verwendet werden, jede weitere Verbreitung ist unzulässig!“ Dennoch wurden meine Skripte unzulässigerweise verbreitet. Nach über zehn Jahren habe ich daher die Erstellung von Vorlesungsskripten eingestellt und gebe dieses Dokument heraus.

Hinweis zur besonderen Situation wegen Covid-19: Da ich kein eigenes Skript (aus diesen paar Seiten) herausgebe, verwende ich im aktuellen Semester stattdessen Bücher aus dem Herdt-Verlag (https://herdt-campus.com/). Diese Bücher sind für Studierende der Hochschule RheinMain via VPN und Hochschul-Bibliothek frei verfügbar. Welche ich verwende entnehmen Sie bitte weiter unten den Literaturangaben zu den jeweiligen Themenbereichen. Am Ende der Vorlesung folgt eine Klausur im Umfang von 120 Punkten. Sie ist wie folgt strukturiert: Aufgaben 1 Aufgaben 2-5

je

Aufgaben 6-7

je

12 Teilaufgaben je 1 Punkt Aufgabenteil a: 2 Punkte Aufgabenteil b: 4 Punkte Aufgabenteil c: 6 Punkte Aufgabenteil a: 5 Punkte Aufgabenteil b: 10 Punkte Aufgabenteil c: 15 Punkte

Typ: Kennen Typ: Kennen Typ: Wissen Typ: Beherrschen (Transferleistung) Typ: Kennen Typ: Wissen Typ: Beherrschen (Transferleistung)

Fragetypen sind in Anlehnung an Kompetenztaxonomien des Wissenschaftsbereiches gewählt: Kennen, i.S.v. auflisten, definieren, wiedergeben, zitieren, ... Wissen, i.S.v. anwenden, beschreiben, differenzieren, beurteilen, ... Beherrschen, i.S.v. analysieren, folgern, illustrieren, kritisieren, prüfen, … Die Kennzeichnung der Fragetypen Kennen (K), Wissen (W), Beherrschen (B) finden sich bei den Fragen in diesem Dokument. In der letzten Vorlesungsstunde vor der Klausur besteht die Möglichkeit noch offene Fragen zum Inhalt der Vorlesung zu stellen (Klausurvorbereitung). Hinweis zur besonderen Situation wegen Covid-19: Die Fragen im Forum (auf die ich weiter oben schon hingewiesen habe) entsprechen dem obigen Schema mit Kennen (K), Wissen (W) und Beherrschen (B). Was es damit auf sich hat, werden Sie im Forum in Erfahrung bringen. Der besondere Umfang bei Aufgaben 6-7 wird circa zur Semesterhälfte auf den InfoSeiten im StudIP-Kurs erläutert. Beachten Sie: Es sind klausurähnlich und nicht zwingend klausuridentische Fragen! Erfahrungsgemäß helfen diese aber zur Vorbereitung auf die Klausur. Das Tutorium durch David Wenzel soll Ihnen ebenfalls helfen. Achten Sie hierzu auf seine Infos in StudIP.

Autorin: Prof. Dr. Jutta Hahn – Das Dokument ist nur für den privaten Gebrauch bestimmt.

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Themenbereich Hardware

Rechnerarchitektur und Speicherung

Themen / Stichworte von Neumann Modell

CPU mit Leit-, Rechenwerk und Register; Speicherwerk; I/O-Werk; EVA-Prinzip;

Rechnerarchitektur

CPU: Leistungsdaten; RAM: Leistungsdaten; Moore's Law (# Transistoren); Instruction Set, Instructions, Data; Hauptplatine: Steckplätze, Anschlüsse; Schnittstellen (intern und extern); Datenübertragung: seriell, parallel; Datenraten; Grafikkarte; Anschlüsse: VGA, DVI, HDMI, display Port, Thunderbolt; perspektivisch: Quantencomputer, DNA-Computer GPU, TPU;

Datenspeicherung

Datenspeicher: Register, Cache, RAM, Paging, Swapping, Dauerspeicher; Speichersysteme, Speicherhierarchie: Kapazitäten, Taktfrequenz; Halbleiterspeicherung, magnetische Speicherung, optische Speicherung, DNA; Formatierung: physikalisch, logisch; MBR; Speicherlogik: Datei, Dateiattribute, Dateisysteme; CD: Datenträger vs. Tonträger;

Daten/Logik

binär; ternär; qbit; Konvertierung, Stellenwertsysteme, Zahlensysteme; Codierung, Zeichensätze; Analog/Digital-Wandlung, kontinuierliche und diskrete Werte, Quantisierung, Samplingfrequenz, Samplingtheorem; Tastatur, Audio, Video;

Literatur Autor

Titel

Verlag

Jahr

Bühler, et al Schneider (Hrsg.) Kersken, Sascha Neumann, John von Meier, Christian

PC Technik – Grundlagen Informationstechnologie – Grundlagen Informationstechnik Taschenbuch der Informatik IT-Handbuch für Fachinformatiker Die Rechenmaschine und das Gehirn Eine kurze Geschichte des Quantencomputers

Herdt Herdt Springer Hanser Galileo Computing R. Oldenbourg Verlag Telepolis, Heise

aktuell aktuell 2018 aktuell aktuell 1991 2015

Ziel: Sie sollen in der Lage sein, … … … … … …

aktuelle Hardware, Komponenten und Schnittstellen zu beschreiben und klassifizieren deren Kenngrößen und Leistungsdaten zu benennen, beurteilen und Gesetzmäßigkeiten zu diskutieren die Beziehung zwischen Hardware und binärem System zu beschreiben und zu differenzieren die Verfahren der Konvertierung, Codierung und A/D-Wandlung zu beschreiben und anzuwenden aktuelle Speichermedien und Dateisysteme zu erklären, bewerten und in ihren Kernattributen zu vergleichen

Autorin: Prof. Dr. Jutta Hahn – Das Dokument ist nur für den privaten Gebrauch bestimmt.

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Online Links Computer CPU

RAM Moore's Law Hauptplatine

https://www.google.com/about/datacenters/gallery/ https://www.chip.de/bildergalerie/Die-Roentgen-Fotos-von-Nick-Veasey-Galerie_39018420.html https://download.intel.com/pressroom/kits/ultrathin/images/Arrandale_PCH+PCH-SFF_angle.jpg https://download.intel.com/pressroom/kits/xeon/5600series/images/Westmere-EP-Die.jpg https://download.intel.com/pressroom/kits/xeon/5600series/images/Westmere-EP-Wafer-2.jpg https://www.cpubenchmark.net/ https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/RAM_n.jpg https://www.memorybenchmark.net/ https://www.intel.de/content/www/de/de/history/museum-gordon-moore-law.html https://www.computerhistory.org/siliconengine/

top500

https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AASRock_K7VT4A_Pro_Mainboard_Labeled_German.jpg https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/images/diagrams/h170-chipset-block-diagramrwd.png https://www.hardwarejournal.de/wp-content/uploads/festplattenanschluss-ide-sata-scsi-sas.jpg https://www.hardwarejournal.de/wp-content/uploads/festplattenanschluss-usb-thunderbolt-esatafirewire.jpg https://www.grafikkarten-test24.de/wordpress/wp-content/uploads/2015/07/Elektronische-Teile-Aufbaueiner-Grafikkarte-Schaubild.jpg https://top500.org/

USB-Stick

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e2/Usbkey_internals.jpg

SSD

https ://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ASf-ssd.jpg

HDD

http s://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ASamsung_HD753LJ_03-Opened.jpg

Disk Structure

https://de.wikipedia.org/wiki/Festplattenlaufwerk#/media/File:Disk-structure2.svg

Chipset Schnittstellen Graphikkarte

http s://www.fotointern.ch/wp-uploads/2011/03/Intel-SSD-320-und-HDD-offen.jpg CD

http s://static.howstuffworks.com/flash/cd-read.swf

CD/DVD/BR

https://en.wikipedia.org/wiki/DVD#/media/File:Comparison_CD_DVD_HDDVD_BD.svg

Dateisysteme

https ://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Dateisystemen#Dateisysteme_f.C3.BCr_Festplatten

DNA

http s://www.techrepublic.com/article/cambrian-genomics-laser-prints-dna-to-rewrite-the-physical-world/

ASCII

http s://tools.ietf.org/html/rfc20

ISO-8859

http://de.wikipedia.org/wiki/ISO_8859#Tabelle_der_regionalen_Sonderzeichen

unicode

http s://www.unicode.org/standard/where/

https ://de.wikipedia.org/wiki/American_Standard_Code_for_Information_Interchange#Zusammensetzung

Morsecode

http s://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1677-1-200910-I!!PDF-E.pdf

Braille

https://www.cbm.de/aktiv-werden/interaktiv/blindenschrift-ausprobieren-braille-uebersetzer-411587.html

The Story of 1

Movie (BBC, Terry Jones)

Autorin: Prof. Dr. Jutta Hahn – Das Dokument ist nur für den privaten Gebrauch bestimmt.

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Fragen K: W: B:

Aus welchen Gewerken besteht das von Neumann Rechnermodell? Welche Aufgaben haben die einzelne Gewerke? Weshalb spricht man in heutigen Rechnern nicht mehr von Gewerken?

K: W: B:

Was besagt „Moore's Law“? Erläutern Sie, wieso ein RAM als „wahlfreier Zugriffsspeicher“ bezeichnet wird. Da CPU und RAM jeweils aus Transistoren bestehen, stellt sich die Frage, warum man diese beiden Bausteine nicht in einem einzigen Baustein zusammenfügt. Welche Überlegungen mögen dazu geführt haben, dass man zwei getrennte Bausteine hat?

K: W: B:

Nennen Sie zwei parallele und zwei serielle Schnittstellen. Erläutern Sie den Aufbau und die Funktionsweise einer einfachen USB-Kabel (USB 2.0). Angenommen, bei USB handelt es sich um eine interne Schnittstelle: welche Konsequenzen hätte dies für einen User?

K: W: B:

Was ist eine GPU? Erläutern Sie den Aufbau einer Grafikkarte. Vergleichen Sie die Ausgabeschnittstellen VGA und HDMI. Wieso kann ein Analogsignal nicht mit Hilfe von HDMI übertragen werden?

K: W: W: B:

Nennen Sie jeweils typische aktuelle Speicherkapazitäten für CD, BR, SSD und USB-Sticks. Weshalb sind mB und MB nicht identisch? Erläutern Sie das Verfahren der magnetischen Speicherung. Eine CD wird zur Hälfte mit Daten beschrieben. Später wird das äußere Drittel der CD zerkratzt. Sind die Daten im Inneren noch lesbar? Begründen Sie Ihre Antwort.

K: W: B:

Nennen Sie drei Dateisysteme Nennen und Erläutern Sie zwei Aufgaben eines Dateisystems. Weshalb werden für optische Speichermedien andere Dateisysteme verwendet als für magnetische Speichermedien?

K: W: B:

Was ist der Unterschied zwischen Zahlen und Ziffern? Erläutern Sie den Unterschied zwischen Dual, Digit und Binär. Was ist ein Instruction Set und in welcher Beziehung steht er zu 0 und 1? (Hinweis: Beachten Sie die Wortbreite)

K: W:

Was versteht man unter einer Konvertierung? Erläutern Sie das Verfahren der Codierung am Beispiel eines Zeichensatzes wie ISO-8859-1. Wozu dient die Codierung? Auf einem Speichermedium findet sich die Binärdatenfolge 01010101. Was kann diese Folge alles bedeuten? Warum ist die Folge nicht eindeutig? Wie wird sie eindeutig?

B: K: W: B:

Was versteht man unter einem analogen Signal? Beschreiben Sie, wie analoge Daten in digitale Daten umgewandelt werden. Wenn diese digitalen Daten wieder in analoge Daten umgewandelt werden: wie präzise ist die Angabe der Zeit und der zugehörige Amplitudenwert im Vergleich zum originalen Analogsignal?

K: W: B:

Nennen Sie vier Komponenten, die sich auf einer Hauptplatine befinden. Welche Aufgaben hat eine Hauptplatine? Weshalb wird keine HDD direkt auf der Hauptplatine befestigt, wohingegen sich SSDs dort befinden?

Autorin: Prof. Dr. Jutta Hahn – Das Dokument ist nur für den privaten Gebrauch bestimmt.

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Themenbereich Software

Booten, Betriebssysteme, Programme, Datenspeicherung

Themen / Stichworte HW → SW

Booten: BIOS/UEFI, Bootmedium, MBR, Loader, Bootmanager; Ablaufdiagramme; IRQ / APIC: Grundlagen, Aufgaben, Einsatzbereiche, Priorisierungen; Power Management, Shutdown; Betriebssystem: Maschinencode, Hardware-Steuerung, Ressourcenzugriffe, Prozesse-, Speicherverwaltung, Ein-, Ausgabesteuerung, Dateiverwaltung, Benutzerverwaltung, Kernel, Treiber, Dateisystem, Multitasking; Systemnahe Software, Shell, GUI, Anwendungssoftware; Betriebssysteme: MS Windows, MacOS, Android, Unix, GNU/Linux; Virtualisierung; Laufzeitumgebung: EVA-Prinzip, STDIN, STDOUT, STDERR;

Programme

Programmieren: Maschinencode, Programmcode, Programmiersprachen; Semantik, Syntax; Übersetzer, Interpreter, Compiler, Bibliotheken (statisch, dynamisch), Entwicklungsumgebung, Konfiguration; Klassifikation: Geschäftsmodelle, Lizenzmodelle (open, closed);

Datenspeicherung

Daten in Dateien: Standards, Dokumentenarchitekturmodell, Dateiformate (Grafik, Audio, Video, Container, Archiv, Komprimierung), Codec; Daten in Datenbanken;

Literatur Autor

Titel

Verlag

Jahr

Bühler, et al Bühler, et al Kersken, Sascha Schneider, Uwe

PC Technik Grundlagen Informationstechnologie – Grundlagen Netzwerke – Grundlagen Informationstechnik AV-Medien IT-Handbuch für Fachinformatiker (Kap. 3,5) Taschenbuch der Informatik

Herdt Herdt Herdt Springer Springer Galileo Computing Hanser

aktuell aktuell aktuell 2018 2018 aktuell aktuell

Ziel: Sie sollen in der Lage sein, … … den Ablauf beim Booten zu erläutern … den Zusammenhang zwischen Hardware, binärem Code und Betriebssystem zu erläutern … den Begriff der Laufzeitumgebung (run time environment) zu erklären und anzuwenden … die Aufgaben und Funktionsweisen von Interpreter und Compiler bei der Übersetzung zu beschreiben … Software Lizenzen zu benennen, differenzieren und ihre Anwendung zu diskutieren … unterschiedliche Dateiformate zu beschreiben und Folgerungen für die Anwendungen daraus zu ziehen … grundlegende Aspekte der Datenbanken zu erklären

Autorin: Prof. Dr. Jutta Hahn – Das Dokument ist nur für den privaten Gebrauch bestimmt.

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Online Links BIOS

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0807131.htm

IRQ

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0610151.htm

MS Windows

http://de.wikipedia.org/wiki/Windows#Zeitleiste

Unix/Linux Linux Distributionen

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/77/Unix_history-simple.svg http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Linux-Distributionen

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Was_passiert_bei_einem_Interrupt.webm

Linux System Architektur

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Linux_Kernel_Struktur.svg

Mac OS X

http://en.wikipedia.org/wiki/Architecture_of_OS_X#Mac_OS_X

Android System Architektur

http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAndroid-System-Architecture.svg

Dateisysteme

https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Dateisystemen

Statistik: Desktop

http://gs.statcounter.com/os-market-share

Statistik: Mobile Devices

http://gs.statcounter.com/os-market-share/mobile/worldwide

Statistik: Server

http://en.wikipedia.org/wiki/Usage_share_of_operating_systems#Public_servers_on_the_Internet

Statistik: Mainframe

http://en.wikipedia.org/wiki/Usage_share_of_operating_systems#Mainframes

Statistik: Supercomputer

http://en.wikipedia.org/wiki/Usage_share_of_operating_systems#Supercomputers

Programmiersprachen

http://de.wikipedia.org/wiki/Zeittafel_der_Programmiersprachen

Programmieren

https://de.wikipedia.org/wiki/Programmiersprache#/media/File:Programmiersprache_Umfeld.png

Ablaufdiagramm (Bib: Perinorm)

http://www-fr.redi-bw.de/db/start.php?database=Perinorm-Web&organization=hlb (VPN-Zugang)

Firefox Config

about:config (nur Firefox)
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