DIG - Buch 2_Klasse PDF

# Wie computer arbeiten ## Computer arbeiten mit 0 und 1, Programme aber nicht - Computer arbeiten nur mit den Zahlen 0 und 1 - also Stromimpuls oder keiner. - Die allermeisten Programme arbeiten jedoch mit Daten, die nicht nur aus 0 und 1 bestehen. - Denke zum Beispiel an ein Textdokument. Der...

# Wie computer arbeiten ## Computer arbeiten mit 0 und 1, Programme aber nicht - Computer arbeiten nur mit den Zahlen 0 und 1 - also Stromimpuls oder keiner. - Die allermeisten Programme arbeiten jedoch mit Daten, die nicht nur aus 0 und 1 bestehen. - Denke zum Beispiel an ein Textdokument. Der darin befindliche Text wird natürlich als Text gespeichert. - Die einzelnen Buchstaben müssen aber für die Verarbeitung im Prozessor und die Speicherung auf der Festplatte in Binärzahlen umgerechnet werden. - Aus einem „a" wird dann `01100001`. - Für das Textverarbeitungsprogramm ist es allerdings ein „a", das dir auch angezeigt wird. ## Tipp - Oftmals gibt die Dateiendung Informationen darüber, mit welchen Programmen sie geöffnet werden kann. - Ist die Endung falsch, kann das Programm den Inhalt nicht anzeigen. - Ist dir die Endung nicht bekannt, kannst du im Internet recherchieren, für welche Programme die Datei bestimmt ist. ### Vorsicht: - Bei Dateien, die du aus dem Internet heruntergeladen hast, können darin gefährliche Schadprogramme versteckt sein, die ausgeführt werden, sobald die Datei geöffnet wird. ## Strukturierte Daten - Die zwei am häufigsten verwendeten Formate für das Speichern von strukturierten Daten sind XML (Extensible Markup Language) und JSON (JavaScript Object Notation). - In beiden Formaten bestehen die Datensätze aus jeweils einem Schlüssel und einem Wert. ### XML - XML arbeitet mit sogenannten Tags. - Innerhalb von `<` und `>` wird der Schlüsselbegriff gesetzt, gefolgt vom Wert, der diesem zugewiesen werden soll. - Danach folgt der Ende-Tag mit einem Schrägstrich und dem Schlüsselbegriff. ```xml <person> <name>Lara</name> <wohnort>Düsterluch</wohnort> <hobby>Lesen</hobby> <hobby>Basketball</hobby> </person> <person> <name>Benjamin</name> <wohnort>Neu-Olbernstadt</wohnort> <hobby>Fußball</hobby> </person> ``` ### JSON - In JSON werden der Schlüsselbegriff und der Wert durch einen Doppelpunkt getrennt. - Alle Informationen, die zusammengehören, werden in geschwungene Klammern gesetzt und mit Beistrichen aufgelistet. - Gehört zu einem Schlüssel eine Liste an Informationen, steht diese in eckigen Klammern. ```json { "personen": [ { "name": "Lara", "wohnort": "Düsterluch", "hobby": ["Lesen", "Basketball"] }, { "name": "Benjamin", "wohnort": "Neu-Olbernstadt", "hobby": "Fußball" } ] } ``` ## Schreibe einen kurzen Lebenslauf über dich in einem der beiden strukturierten Formate. # Kapitel 2 ## Dateien zerstückeln - Daten können oftmals in kleinere Teile zerlegt werden. - Dadurch können sie dann leicht auf mehrere Speichermedien verteilt oder in kleinen Datenpaketen über das Internet transportiert werden. - Bei Downloads ist diese Zerstückelung von Dateien und das Zusammensetzen auf dem Computer ganz normal. ### Theoretisch kann man so gut wie jede Datei auf mehrere Stücke aufteilen. - Wichtig ist jedoch, dass die einzelnen Teile entweder in der richtigen Reihenfolge auf dem Empfangscomputer ankommen (wie bei Downloads), oder dass die Stückchen eine Information enthalten, wohin sie in der Gesamtdatei gehörten (wie etwa bei Videos die Zeitangabe). ### Versuche, die Informationen über Lara, die in einer XML-Datei gespeichert sind, in drei etwa gleich große Stücke durch strichlierte Linien aufzuteilen. - Bedenke, dass die Information auch danach noch verständlich sein sollte. ```xml <person> <name>Lara</name> <wohnort>Düsterluch</wohnort> <hobby>Lesen</hobby> <hobby>Basketball</hobby> </person> ``` ## Tipp - Das Speichern von Daten benötigt Strom und Platz auf einer Festplatte. - Wenn du etwa nicht mehr benötigte Dateien löschst, kannst du damit Strom einsparen. - Ein britischer Energieversorger hat 2019 sogar errechnet, wie viel Kohlenstoffdioxid, das für den Klimawandel mitverantwortlich ist, eingespart werden könnte, wenn jede Britin und jeder Brite jeden Tag nur ein einziges E-Mail weniger versenden würde, nämlich rund 16.000 Tonnen. ## Mit Problemen umgehen - Beim Arbeiten mit digitalen Geräten können immer wieder Probleme auftreten. - Wenn du nach Hilfe suchst, solltest du dabei immer die wichtigen Informationen angeben: - Was ist das Problem? - Welches Programm oder welche Datei ist betroffen? - Ist das Problem schon einmal aufgetreten? - Was hast du gemacht, bevor das Problem aufgetreten ist? ### Lies das Beispiel und formuliere eine kurze Anfrage an eine fachkundige Person, die bei dem Problem helfen soll. - Lara liegt leider krank im Bett. - Benjamin schickt ihr deshalb eine Textdatei, die er heute im Unterricht bearbeitet hat und in der die Hausaufgabe zu erledigen ist. - Blöderweise kann Lara die Datei nicht öffnen - statt eines Textes wird ihr nur eine leere Seite angezeigt. ### Welche dieser Probleme könnten es sein? - Die Datei ist beschädigt. - Die Datei wurde unvollständig übertragen. - Lara hat kein Textverarbeitungsprogramm. - Benjamin hat nur eine leere Seite geschickt. - Die Dateiendung ist falsch. ### Wie würdest du nun bei einer fachkundigen Person um Hilfe fragen? Formuliere einen ganzen Satz. # Wie ein Netzwerk funktioniert ## Was ist ein Computernetzwerk? - Schließt man mehrere Computer so zusammen, dass die Geräte miteinander kommunizieren und Informationen austauschen können, spricht man von einem Computernetzwerk oder einem Rechnernetz. ### Zentrale Bestandteile eines jeden Netzwerks sind der Router und der Switch, die wie eine Poststelle alle einlangenden Daten an die jeweiligen Empfänger weiterleiten. - Der Router verknüpft dabei Computernetzwerke miteinander oder mit dem Internet (das selbst ein riesiges Rechnernetz ist). - Der Switch dient dazu, die Daten an ein bestimmtes Gerät innerhalb eines Netzwerks weiterzuleiten. ## Router für Zuhause - Innerhalb vieler Netzwerke gibt es einen zentralen Rechner, der allen anderen Daten oder Software anbietet. - Diese „Supercomputer" nennt man Server („Diener"), die Rechner, welche die Dienste des Servers in Anspruch nehmen, heißen Clients („Kunden"). - Netzwerke, die Kabel zur Datenübertragung zwischen den Geräten nutzen, nennt man LAN (Local Area Network). - Bei Verbindung über Funk spricht man von WLAN (Wireless LAN = kabelloses LAN). ## Was macht ein Rechenzentrum? - In einem Rechenzentrum stehen viele Server, auf die andere Computer über ein LAN oder über das Internet zugreifen können. - Diese Server übernehmen zentrale Tätigkeiten, wie etwa die Speicherung von Daten. - Beispielsweise haben Clouddienste und viele große Webseiten eigene Rechenzentren. - Jedes Rechenzentrum ist so aufgebaut, dass es zu möglichst wenig Ausfällen kommen kann. - So gibt es etwa mehrere Server für die gleichen Aufgaben, mehrere Internetanbindungen und eine doppelte Stromversorgung. ## Wie ein Netzwerk aufgebaut ist - In vielen Computernetzwerken sind unterschiedliche Geräte mit verschiedenen Aufgaben verbunden. - Ein typisches Netzwerk siehst du hier schematisch dargestellt: ### Ordne die Zahlen im Bild den richtigen Beschreibungen zu: - Router/Switch - Server - Clients - Netzwerkdrucker ### Was ist hier dargestellt? - Beschreibe das hier darstellte Computernetzwerk und erkläre, in welcher Verbindung die einzelnen Bestandteile stehen. - Angenommen, eine Person möchte von einem Laptop aus Software des Servers nutzen. - Erkläre, welchen Weg die Daten im Netzwerk zurücklegen müssen, um beim Laptop anzukommen. # Wie das Internet funktioniert ## Ein Netzwerk aus Computern - Das Internet, umgangssprachlich auch Netz oder World Wide Web (WWW) genannt, ist ein riesiger, weltweiter Verbund von Rechnernetzwerken. ### Internetknoten - Das sind zentrale Austauschpunkte für den Datenverkehr im Internet. - In einem Internetknoten sind viele Internetdienstanbieter zusammengeschlossen und können den Datenverkehr zwischen ihren Netzen verknüpfen. - Erst dadurch ist ein großes, weltweit für alle zugängliches Internet überhaupt möglich. ### Webserver und Rechenzentren - Das sind spezielle Computer, deren Hauptaufgabe es ist, Webseiten und andere Online-dienste sowie alle Informationen und Daten, die dazugehören, zu bereitzustellen. ### Providernetzwerke - Provider sind Internetdienstanbieter, also Firmen, die den Zugang zum Internet für Unternehmen und Privatpersonen als Dienstleistung anbieten. - Viele Provider stellen die Internetverbindung über eigene Server zur Verfügung, wodurch ein eigenständiges Netzwerk innerhalb des Internets entsteht. ### Firmennetzwerke sowie Universitäts- und Forschungsnetzwerke - Das sind meist abgesicherte Netzwerke, in denen Firmen oder Hochschulen Daten sicher an Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter übertragen können. - Durch sichere Schnittstellen sind viele auch an das Internet angebunden. ### Root-Nameserver - Das sind die zentralen Anlaufstellen, um eine bestimmte Domain-Adresse zu finden. ### Unterseekabel - Dicke Kabel durch die Ozeane verbinden Länder und Kontinente miteinander. ### Fasse in eigenen Worten kurz zusammen, wie das Internet funktioniert. ## Internetprotokoll - Das Internetprotokoll (IP) ist ein sogenanntes Netzwerkprotokoll und stellt die grundlegenden Regeln für den Austausch von Daten zwischen Computern über das Internet auf. - Gemeinsam mit dem Übertragungskontrollprotokoll (TCP) regelt es, wie ein Gerät innerhalb eines Netzwerks gefunden werden kann und wie einzelne Datenpakete übertragen werden sollen. ## IP-Adressen und Domains - Jedes Gerät, das mit dem Internet verbunden ist, erhält eine eindeutige und einmalige Adresse in Form einer langen Nummernfolge. - Das ist die sogenannte IP-Adresse. - Jede Webseite hat zusätzlich zu einer IP-Adresse auch eine eindeutige und einmalige Domain, die aus mindestens zwei durch einen Punkt getrennten Bereichen besteht. - Der Domain wird das Übertragungsprotokoll vorangestellt. - Hintan kann ein durch Schrägstriche getrennter Pfad zu einer Datei oder einem Ordner angegeben werden. - Wenn du `https://sia.education/schulbuecher/` eingibst, sucht dein Browser nach der IP-Adresse der Domain `sia.education` und überträgt die vom gefundenen Server die Daten der Datei `/schulbuecher/` über das Hypertext Transfer Protocol Secure (abgekürzt https). ### Erkläre mit dem Schaubild rechts den Weg der Webseitendaten durch das Internet zu dir. ## HTML - Die Hypertext Markup Language ist die wichtigste Auszeichnungssprache, um Informationen, Texte oder Bilder auf Webseiten zu strukturieren. - Jeder Webbrowser kann HTML verarbeiten und darstellen. ## Wie das Internet aufgebaut ist - Das Internet ist ein Zusammenschluss von vielen Computernetzwerken, in denen wiederum unterschiedliche Geräte miteinander verbunden sind. - Wenn du beispielsweise eine Webseite aus Südamerika aufrufst, könnte der Weg durch das Internet wie folgt aussehen: ### Ordne die Zahlen im Bild den richtigen Beschreibungen zu: - Router, durch den der Computer mit dem Internet verbunden ist - Unterseekabel, das Europa und Südamerika miteinander verbindet - Switch und Router des Providers des Webseitenanbieters - Computer, auf dem eine Webseite aufgerufen wird - Router, durch den der Webserver mit dem Internet verbunden ist - Internetknoten in Europa - Webserver, auf dem die angefragte Webseite gespeichert ist - Internetknoten in Südamerika - Switch und Router des Providers, der die Anfrage weiterleitet ### Fasse den Weg der Webseiten-Daten durch das Internet kurz zusammen. ## World Wide Web - World Wide Web (WWW) und Internet bedeuten eigentlich nicht dasselbe: Das WWW ist ein Teil des Internets, in dem viele verschiedene Webseiten durch Hyperlinks verknüpft sind. - E-Mails sind beispielsweise kein Teil des WWWs. ## Zerstückelte Daten - Große Dateien, wie Bilder oder Videos, werden nicht im Ganzen über das Internet übertragen, sondern in viele kleine Datenpakete aufgeteilt, die erst im Browser bzw. vom Computer wieder zusammengesetzt werden.