Hardware & Bootvorgang
Komponenten eines PCs, Schnittstellen, der Ablauf beim Einschalten und die gängigen Arbeitsplatzmodelle — das Grundgerüst, auf dem fast jede Auswahl- und Konfigurationsaufgabe aufbaut.
Die wichtigsten Komponenten
- CPU: führt Befehle aus. Physische Kerne sind echte Recheneinheiten, logische Prozessoren ermöglichen parallele Threads pro Kern.
- Cache: sehr schneller Zwischenspeicher nahe der CPU, reduziert langsame RAM-Zugriffe.
- RAM: flüchtiger Arbeitsspeicher. Dual Channel funktioniert nur, wenn passende Module in den vom Mainboard-Handbuch vorgesehenen Slots stecken.
- SSD: SATA ist eine Schnittstelle/ein Protokoll, M.2 zunächst nur eine Bauform — eine M.2-SSD kann SATA oder NVMe/PCIe nutzen.
- Netzteil: muss die maximale Leistungsaufnahme aller Komponenten plus Reserve liefern.
| Anschluss | Typische Nutzung | Prüfungsmerkmal |
|---|---|---|
| RJ45 | Ethernet | Netzwerk, nicht „Internetanschluss“ |
| USB-A | Peripherie | nicht beidseitig steckbar |
| USB-C | Daten, Strom, ggf. Bild | Steckerform sagt nichts über Datenrate |
| HDMI | Bild und Ton | Unterhaltung/Monitore |
| DisplayPort | Bild und Ton | oft MST/Daisy Chaining |
| DVI | überwiegend Bild | älter, digital/analog je Variante |
Bootvorgang — Schritt für Schritt
- Power-On: Netzteil versorgt alle Komponenten, Spannungswandler stabilisieren die Zufuhr.
- CPU startet BIOS/UEFI: Firmware auf dem Mainboard initialisiert das System.
- POST (Power-On Self-Test): CPU, RAM, Grafikkarte und Laufwerke werden geprüft; Fehler äußern sich als Beep-Codes.
- Bootloader wird geladen: BIOS über MBR/Bootsektor, UEFI über eine EFI-Anwendung aus der EFI-Systempartition.
- Kernel wird geladen: das Herzstück des Betriebssystems steuert Hardware-Kommunikation, Prozesse und Ressourcen.
- Treiber & Dienste starten, Sicherheitsfunktionen aktivieren.
- Benutzeroberfläche startet (Explorer, Gnome/KDE, Finder) und der Anmeldebildschirm erscheint.
- Autostart-Programme & Hintergrunddienste werden aktiviert.
Arbeitsplatzmodelle im Vergleich
| Modell | Vorteil | Nachteil |
|---|---|---|
| Desktop | gut erweiterbar, meist gutes Preis-Leistungs-Verhältnis | ortsgebunden |
| Notebook | mobil, integriert | eingeschränkt aufrüstbar |
| Thin Client | zentrale Verwaltung, geringer lokaler Bedarf | braucht zuverlässige Server-/Netzinfrastruktur |
| All-in-One | wenig Platz und Kabel | schlechter erweiterbar/reparierbar |
In der AP1 wird eine Auswahl über Muss-Kriterien, laufende Kosten und eine Nutzwertanalyse begründet: Muss-Kriterien markieren → Werte/Einheiten übernehmen → Kompatibilität prüfen (Bauform, Steckplatz, Protokoll, Leistung) → Vorteil immer auf den Kundenfall beziehen → bei Nachteilen eine reale Einschränkung nennen, keine bloße Umkehrung des Vorteils.
Technische Standardwerte
| Angabe | Bedeutung |
|---|---|
1 Hz | ein Takt/Ereignis pro Sekunde |
1 GHz | 1.000.000.000 Hz |
1 Byte | 8 bit |
1 KiB / MiB / GiB | je × 1.024 der kleineren Einheit |
| USB 2.0 | theoretisch bis 480 Mbit/s |
| Gigabit-Ethernet | theoretisch 1.000 Mbit/s |
| SATA III | theoretisch 6 Gbit/s |
Beispiel: Netzteilauswahl mit Pufferzuschlag
Komponenten benötigen zusammen 420 W, gefordert sind 20 % Reserve:
Bei verfügbaren Stufen von 500 W und 550 W muss auf 550 W aufgerundet werden — eine verfügbare Stufe darf den Mindestbedarf nie unterschreiten.
Beispiel: theoretische SATA-Übertragungsrate in MB/s
Ein theoretischer Leitungswert — Protokollaufwand und Gerätebegrenzungen senken die reale Nutzdatenrate.
Zahlensysteme
Binär, Oktal, Dezimal und Hexadezimal — vier Wege, dieselbe Zahl darzustellen. Die IT nutzt sie für Bits, Unix-Rechte, Alltagszahlen und Speicheradressen/Farben.
| System | Basis | Ziffern | Typischer IT-Bezug |
|---|---|---|---|
| Binär | 2 | 0–1 | Bits, Masken, Zustände |
| Oktal | 8 | 0–7 | Unix-Rechte, 3-Bit-Gruppen |
| Dezimal | 10 | 0–9 | Alltag |
| Hexadezimal | 16 | 0–9, A–F | IPv6, MAC, RGB, Speicheradressen |
Die Basis gehört zur Zahl: 17₈ = 15₁₀, aber 17₁₆ = 23₁₀. Der Wert einer Ziffer ist immer Ziffer × Basis^Stelle, die Stelle wird von rechts mit 0 beginnend gezählt.
Umrechnung in Dezimal (Stellenwertmethode)
| Beispiel | Rechnung | Ergebnis |
|---|---|---|
Binär 11010110₂ | 128+64+16+4+2 | 214₁₀ |
Oktal 157₈ | 1×64 + 5×8 + 7×1 | 111₁₀ |
Hex 2F₁₆ | 2×16 + 15×1 | 47₁₀ |
Hex 3A7₁₆ | 3×256 + 10×16 + 7 | 935₁₀ |
Umrechnung von Dezimal (fortgesetzte Division)
Wiederholt ganzzahlig durch die Basis teilen, Reste von unten nach oben lesen.
Beispiel: 254₁₀ nach Hexadezimal
Ergebnis: FE₁₆. Kontrolle: 15×16 + 14 = 254.
Beispiel: 111₁₀ nach Oktal
Ergebnis: 157₈.
Beispiel: 17₁₀ nach Binär (zwei Methoden)
Division durch 2:
Von unten gelesen: 10001₂
Zweierpotenzen-Methode (45₁₀): größte passende Potenzen abziehen — 45 = 32+8+4+1 → 101101₂
Direkte Umwandlung über Binärgruppen
Da 8 = 2³ und 16 = 2⁴, entspricht eine Oktalziffer genau drei Bit, eine Hexziffer genau vier Bit — Umrechnung ohne Umweg über Dezimal.
Anwendungen
- Unix-Rechte:
rwx = 7,r-x = 5,r-- = 4→rwxr-xr--=754. - RGB-Farben:
#RRGGBB, jedes Paar von00₁₆(0) bisFF₁₆(255) — zwei Hexziffern = genau 1 Byte.
204₈ = 2×64 + 0×8 + 4×1 = 132₁₀ — die Null hält eine Stelle frei.Logische Grundlagen
Wahrheitstabellen zeigen systematisch, wann eine logische Verknüpfung wahr (1) oder falsch (0) ist. Computer arbeiten intern ausschließlich mit diesen beiden Zuständen.
| Operator | Schreibweise | Regel |
|---|---|---|
| Konjunktion | A ∧ B | wahr nur wenn beide wahr sind |
| Disjunktion | A ∨ B | wahr wenn mindestens eine wahr ist |
| Negation | ¬A | kehrt den Wahrheitswert um |
| XOR | A ⊕ B | wahr wenn genau eine von beiden wahr ist |
| Implikation | A → B | nur falsch wenn A wahr und B falsch |
| Äquivalenz | A ↔ B | wahr wenn beide denselben Wert haben |
Beispiel: Implikation im Alltag
A: „Es regnet.“ B: „Die Straße ist nass.“ → „Wenn es regnet, dann ist die Straße nass.“
Die Aussage ist nur dann falsch, wenn es regnet und die Straße trotzdem trocken bleibt. In allen anderen drei Kombinationen ist sie wahr.
Kombinierte Ausdrücke
Bei mehreren Operatoren wird spaltenweise vorgegangen: erst die Teilausdrücke in Hilfsspalten berechnen, dann die äußere Verknüpfung.
| A | B | C | A ∧ B | (A ∧ B) ∨ C |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Praxis: bitweises UND bei der Subnetzberechnung
Rechner ermitteln die Netzadresse, indem IP-Adresse und Subnetzmaske Bit für Bit UND-verknüpft werden. So wird geprüft, ob ein Ziel im gleichen Subnetz liegt.
Beispiel: liegt 172.16.35.117 im selben Netz wie 172.16.35.94/27?
Unterschiedliche Netzadressen → das Ziel liegt nicht im selben Subnetz.
Netzwerke & IP-Adressen
Subnetting, Dienste zur Fehlersuche und das OSI-Modell als Denkraster — plus die binäre Rechenlogik dahinter.
Grundformeln zum Subnetting
| Präfix | Maske | Adressen | nutzbare Hosts | Blockgröße |
|---|---|---|---|---|
| /24 | 255.255.255.0 | 256 | 254 | 256 |
| /25 | 255.255.255.128 | 128 | 126 | 128 |
| /26 | 255.255.255.192 | 64 | 62 | 64 |
| /27 | 255.255.255.224 | 32 | 30 | 32 |
| /28 | 255.255.255.240 | 16 | 14 | 16 |
| /29 | 255.255.255.248 | 8 | 6 | 8 |
| /30 | 255.255.255.252 | 4 | 2 | 4 |
Beispiel: vollständiges Subnetting für 192.168.10.77/27
Netzadresse: 192.168.10.64 · Broadcast: 192.168.10.95 · Hostbereich: 192.168.10.65 – .94
Dienste & Diagnose
| Begriff | Aufgabe | Typische Prüfung |
|---|---|---|
| DHCP | vergibt IP-Konfiguration | Adresse, Maske, Gateway, DNS |
| DNS | Namen ↔ IP-Adressen | nslookup, falscher DNS |
| ARP | IPv4-Adresse ↔ MAC im LAN | ARP-Tabelle vs. Neighbor Discovery |
| Gateway | Weg in fremde Netze | gleiche lokale Range nötig |
| Ping | Erreichbarkeit/Latenz | Verlust und Schwankung interpretieren |
OSI als Fehlersuchmodell
- Medium/Link: Kabel, Port, WLAN-Signal
- Sicherung: MAC, Switch, VLAN
- Vermittlung: IP, Maske, Gateway, Routing
- Transport: TCP/UDP, Port
- 5–7: Sitzung/Darstellung/Anwendung — Dienst, DNS, Zertifikat, Anwendung
Standard-Vorgehen: Fehlerbild klären → Link/Kabel/Port prüfen → lokale IP-Konfiguration anzeigen → Loopback → eigene IP → Gateway → entfernte IP testen → erst danach DNS/Anwendung → Änderung dokumentieren.
IPv6 kompakt
128 Bit, hexadezimale Schreibweise, kein Broadcast, automatische link-lokale Adresse fe80::/10. Kombinierter Betrieb mit IPv4 typischerweise per Dual Stack. Eine Hexziffer entspricht 4 Bit — fe80 sind vier Hexziffern = 16 Bit. Die gekürzte Adresse fe80::1 wird zu fe80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 erweitert.
fe80::-Adresse ist automatisch vergeben und allein kein Nachweis für eine funktionierende Internetverbindung.Datenmengen & Datenübertragung
Der Klassiker jeder AP1: Dezimal- gegen Binärpräfixe, und wie man Datenmenge, Datenrate und Zeit sauber ineinander umrechnet.
| Präfix | Dezimal (SI) | Binär (IEC) |
|---|---|---|
| Kilo | 1 kB = 1.000 Byte (10³) | 1 KiB = 1.024 Byte (2¹⁰) |
| Mega | 1 MB = 1.000.000 Byte (10⁶) | 1 MiB = 1.048.576 Byte (2²⁰) |
| Giga | 1 GB = 10⁹ Byte | 1 GiB = 1.073.741.824 Byte (2³⁰) |
| Tera | 1 TB = 10¹² Byte | 1 TiB = 2⁴⁰ Byte |
931 GiB — oft fälschlich als „931 GB“ angezeigt.Universeller Rechenweg
- Gesucht und Einheit notieren
- Gegebenes mit Einheiten auflisten
- Formel aufstellen, Werte einsetzen
- Einheiten umwandeln — besonders Bit/Byte und Sekunde/Stunde
- Erst am Ende runden
- Plausibilität und geforderte Einheit prüfen
Beispiel: Downloadzeit — 5 MiB bei 56 kbit/s
Beispiel: 100 MiByte über VDSL (100/40 Mbit/s) — Upload zählt!
Für einen Upload zur Cloud zählt die Upload-Rate, nicht die Downloadrate — ein häufiger Fehler.
Auf volle Sekunden aufgerundet: 21 Sekunden.
- Mbit/s ohne Division durch 8 als MB/s verwenden
- GB und GiB gleichsetzen
- vor dem letzten Schritt runden statt am Ende
Bildgröße berechnen
Pixel, dpi/ppi, Farbtiefe — und wie aus einem analogen Maß in cm eine digitale Datenmenge in Bit wird.
- Digitale Bildgröße: in Pixel (px) angegeben, z. B. 1920 × 1080 px — dpi spielt hier keine Rolle.
- Analoge Bildgröße: in Zentimetern, z. B. 20 × 15 cm.
- dpi (dots per inch): Druckpunkte pro Zoll — die Brücke zwischen beiden Welten, relevant beim Scannen/Drucken.
- ppi (pixels per inch): genaugenommen der korrekte Begriff für digitale Bilder; IHK-Prüfungen nutzen aber meist „dpi“.
| Farbtiefe | Mögliche Farben |
|---|---|
| 1 Bit | 2 (Schwarz/Weiß) |
| 8 Bit | 256 |
| 24 Bit | ca. 16,7 Millionen |
Beispiel: 20 × 10 cm, 300 dpi, 24 Bit → Größe in MiB
Gerundet: 8 MiB.
Beispiel: RGB-Bild 1920×1080, 24 Bit — unkomprimierte Datenmenge
Metadaten, Dateiformat und Kompression sind hier bewusst nicht berücksichtigt.
2^8 rechnen — es sind drei Kanäle: 2^8 × 2^8 × 2^8 = 2^24 = 16.777.216 Farben.Elektrische Grundlagen & Rechnen
Spannung, Strom, Leistung, Energie, Wirkungsgrad — die Formeln, die in fast jeder Netzteil-, Stromkosten- und USV-Aufgabe stecken.
| Größe | Zeichen | Einheit |
|---|---|---|
| Spannung | U | Volt (V) — „Antrieb“ für den Strom |
| Stromstärke | I | Ampere (A) — Ladungsfluss |
| Widerstand | R | Ohm (Ω) — hemmt den Stromfluss |
| Leistung | P | Watt (W) — Energie pro Zeit |
| Energie | E | Wattstunde (Wh) / Kilowattstunde (kWh) |
Gleichstrom (DC) fließt immer in eine Richtung (Handys, Laptops, LEDs). Wechselstrom (AC) wechselt periodisch die Richtung (Europa: 50 Hz) und lässt sich verlustarm über große Entfernungen transportieren — deshalb das Stromnetz.
Beispiel: Stromkosten eines PCs übers Jahr
650-W-Netzteil, 90 % Wirkungsgrad, 50 % Auslastung, 200 Tage × 9 h, 0,40 €/kWh:
Beispiel: USV-Überbrückungszeit
10 Server à 750 W, 8 Akkus à 200 Ah / 12 V:
Beispiel: PoE-Standard und Stromstärke
Eine Kamera zieht max. 24 W bei 48 V PoE. Formel P = U × I umstellen:
24 W liegt im Bereich 12,95–25,50 W → Standard IEEE 802.3at.
Speicher: HDD, SSD & Datensicherung
Wie Daten physisch abgelegt werden, warum SSDs anders altern als Festplatten — und wie man sie regelmäßig sichert.
HDD vs. SSD
- HDD: Daten magnetisch auf rotierenden Scheiben, beweglicher Schreib-/Lesekopf. Speicherung in Sektoren (512 oder 4096 Byte), mehrere Sektoren bilden einen Cluster — die kleinste Zuordnungseinheit des Dateisystems.
- SSD: Daten elektrisch in Flash-Zellen, keine beweglichen Teile. Interne Einheiten: Pages (meist 4 KB) und Blocks (viele Pages).
Flash-Speicher kann seitenweise beschrieben, aber nur blockweise gelöscht werden. Deshalb übernimmt der SSD-Controller drei Aufgaben:
- Wear Leveling: verteilt Schreibzugriffe gleichmäßig, verlängert die Lebensdauer.
- Garbage Collection: räumt ungenutzte Blöcke im Hintergrund auf.
- TRIM: informiert die SSD, welche Bereiche nach dem Löschen nicht mehr gebraucht werden.
Wie der Computer eine Datei findet
Das Dateisystem verwaltet alle Dateien in Tabellen — MFT (Master File Table) bei NTFS, FAT bei FAT32. Darin stehen Dateiname, Cluster-Speicherorte, Größe, Datum und Rechte.
Datensicherung / Backup
Ziel: Daten zeitnah wiederherstellen können, falls sie verloren gehen — durch redundante, mehrfache Speicherung.
| Methode | Prinzip | Speicherbedarf |
|---|---|---|
| Vollsicherung | komplettes Backup aller ausgewählten Daten | am höchsten |
| Differentiell | nur Änderungen seit dem letzten Vollbackup; Backups bauen nicht aufeinander auf | mittel |
| Inkrementell | nur Änderungen seit der letzten Sicherung (voll oder inkrementell) | am geringsten, am schnellsten |
Ursachen für Datenverlust
Hardware-Fehler, menschliches Versagen, Software-Fehler, Schadsoftware/Ransomware, physische Schäden (Feuer, Wasser, Stromausfall), Diebstahl oder Verlust.
RAID-Systeme
Redundant Array of Independent Disks — mehrere Laufwerke zu einem logischen Verbund zusammengefasst. Je nach Level stehen Geschwindigkeit, Kapazität oder Ausfallsicherheit im Vordergrund.
Grundprinzipien
- Striping: Datenblöcke auf mehrere Laufwerke verteilt → mehr Leistung, aber keine Redundanz.
- Mirroring: identische Kopien auf mehreren Laufwerken → fällt ein Spiegel aus, bleibt die volle Kopie erhalten.
- Parität: zusätzliche Information zur Rekonstruktion bei einem zulässigen Laufwerksausfall (vereinfachtes XOR-Prinzip).
| RAID | Prinzip | Minimum | Nutzbare Kapazität | Tolerierbarer Ausfall |
|---|---|---|---|---|
| RAID 0 | Striping | 2 | n × S | keiner |
| RAID 1 | Mirroring | 2 | S (bei 2 Laufwerken) | 1 (bei 2 Laufwerken) |
| RAID 5 | Striping + einfache Parität | 3 | (n − 1) × S | 1 Laufwerk |
| RAID 6 | Striping + doppelte Parität | 4 | (n − 2) × S | 2 Laufwerke |
| RAID 10 | gespiegelte Paare + Striping | 4 (gerade) | (n ÷ 2) × S | abhängig von betroffenen Paaren |
n = Anzahl der Laufwerke, S = Kapazität des kleinsten Laufwerks (vereinfachte Annahme: alle gleich groß). Bei gemischten Größen bestimmt in einfachen Prüfungsaufgaben das kleinste Laufwerk die anrechenbare Kapazität jedes Mitglieds.
Beispiele: nutzbare Kapazität je Level
Wichtig bei RAID 10
Mindestens ein Laufwerk darf ausfallen. Mehrere Ausfälle sind nur überlebbar, wenn nicht beide Laufwerke desselben Spiegelpaares betroffen sind.
Rebuild & Hot Spare
- Überwachung meldet den Fehler.
- RAID arbeitet — sofern der Level es toleriert — degraded weiter.
- Defektes Laufwerk wird identifiziert und ersetzt.
- Rebuild rekonstruiert Daten/Parität.
- Danach ist die vorgesehene Redundanz wiederhergestellt.
Ein Hot Spare verkürzt die Zeit bis zum Rebuild-Start, erhöht aber nicht die normale nutzbare Kapazität. Während eines Rebuilds sind Leistung und Ausfallsicherheit reduziert.
Auswahlhilfe
| Anforderung | Passende Überlegung |
|---|---|
| maximale Kapazität/Leistung, Daten entbehrlich | RAID 0 |
| einfache Spiegelung mit zwei Laufwerken | RAID 1 |
| guter Kapazitätskompromiss, ein Ausfall tolerierbar | RAID 5 |
| zwei Ausfälle sollen toleriert werden | RAID 6 |
| hohe Leistung + Spiegelung, 50 % Kapazität akzeptabel | RAID 10 |
IP-Adressen: Subnetz-Trainer
Zu einer IPv4-Adresse und einer Präfixlänge (CIDR) Subnetzmaske, Netzadresse, Broadcastadresse sowie erste und letzte nutzbare Adresse bestimmen — mit Punktzählung, Streak und einstellbarem Schwierigkeitsgrad.
Aufgabe lösen
Statistik & Optionen
00:000Wie die Punktzahl zustande kommt
- 5 Prüfungen: Maske, Netz, Broadcast, erste, letzte Adresse.
- +1 Punkt je korrekter Angabe (max. +5 pro Runde).
- Serie +1 nur, wenn alle fünf im ersten Versuch stimmen.
Übungsaufgaben
Trag deine Antwort ein, rechne auf Papier — und klapp danach die Lösung mit Rechenweg auf.