DGB 1: Hardware
← Digitale Grundbildung 1. Klasse
Hardware bezeichnet die physischen Bestandteile eines digitalen Systems. Ein Computer funktioniert nicht durch ein einzelnes Bauteil, sondern durch das Zusammenspiel von Prozessor, Arbeitsspeicher, Speicherlaufwerk, Mainboard, Ein- und Ausgabegeräten, Schnittstellen und Software.
Lehrplanbezug
| Bereich | Zuordnung |
|---|---|
| Kompetenzbereich | Handeln |
| Schwerpunkt | Physische Komponenten von Computersystemen und ihr Zusammenwirken |
| Kompetenz | Wichtige Hardwarekomponenten benennen, ihre grundlegenden Aufgaben erklären und ihr Zusammenwirken in einem Computersystem beschreiben. |
Lernziele
Die Schülerinnen und Schüler können:
- den Begriff Hardware erklären;
- interne und externe Hardwarekomponenten unterscheiden;
- Eingabe-, Verarbeitungs-, Speicher- und Ausgabekomponenten zuordnen;
- die Aufgaben von Prozessor, Arbeitsspeicher und Speicherlaufwerk grundlegend beschreiben;
- typische externe Geräte wie Bildschirm, Tastatur, Maus oder Drucker richtig zuordnen;
- erklären, dass einzelne Hardwarekomponenten nur im Zusammenspiel ein funktionierendes System bilden;
- beschreiben, wie Daten zwischen internen und externen Teilen eines Geräts weitergegeben werden;
- wichtige Schnittstellen wie USB, HDMI, Audio und Netzwerk grundlegend einordnen;
- erkennen, dass Verbindungen, Stromversorgung und Schnittstellen für das Funktionieren des Systems wichtig sind;
- Hardware aus Alltag und Unterricht als Teil eines digitalen Gesamtsystems einordnen.
Lerninhalte
Hardware und Software
Hardware sind die greifbaren Teile eines Computers oder digitalen Geräts. Software sind Programme und Daten, die auf der Hardware ausgeführt bzw. verarbeitet werden.
Ein Textverarbeitungsprogramm ist Software; Tastatur, Bildschirm und Prozessor sind Hardware. Erst das Zusammenspiel ermöglicht die praktische Nutzung.
Prozessor – CPU
Der Prozessor oder die CPU führt Programmbefehle aus und verarbeitet Daten. Er übernimmt Rechen- und Steueraufgaben. Eine hohe Prozessorgeschwindigkeit allein sagt jedoch nicht, wie schnell ein gesamtes Computersystem in jeder Aufgabe ist, weil auch Speicher, Arbeitsspeicher, Software und andere Komponenten eine Rolle spielen.
Arbeitsspeicher – RAM
Der Arbeitsspeicher (RAM) hält Daten und Programme bereit, die gerade verwendet werden. Er ist schnell, aber typischerweise flüchtig: Beim Ausschalten gehen die darin befindlichen Arbeitsdaten verloren, sofern sie nicht vorher auf einem dauerhaften Speicher gesichert wurden.
Mehr Arbeitsspeicher kann helfen, mehrere oder größere Anwendungen gleichzeitig zu verwenden, ersetzt aber nicht den dauerhaften Speicher.
SSD und andere Speicher
Eine SSD oder ein anderes Speicherlaufwerk bewahrt Dateien und Programme dauerhaft auf. Hier liegen beispielsweise Betriebssystem, Dokumente, Fotos und Anwendungen.
Speicherkapazität beschreibt, wie viele Daten abgelegt werden können. Geschwindigkeit beeinflusst unter anderem, wie rasch Dateien und Programme geladen werden.
Mainboard und Verbindungen
Das Mainboard verbindet viele interne Komponenten miteinander und stellt Steckplätze und Anschlüsse bereit. Prozessor, Arbeitsspeicher und weitere Bauteile kommunizieren über solche technischen Verbindungen.
Bei Desktop-Computern sorgt ein Netzteil für die Energieversorgung. In mobilen Geräten übernehmen Akku und Ladeelektronik diese Aufgabe.
Eingabe und Ausgabe
Typische Eingabegeräte sind Tastatur, Maus, Touchpad, Mikrofon, Kamera und Scanner. Ausgabegeräte sind unter anderem Monitor, Lautsprecher und Drucker. Ein Touchscreen kann Eingabe und Ausgabe zugleich übernehmen.
Diese Einteilung knüpft direkt an das EVA-Prinzip an.
Schnittstellen
Schnittstellen verbinden Geräte. USB wird unter anderem für Eingabegeräte, Speicher und viele Zubehörgeräte verwendet. HDMI überträgt typischerweise Bild und Ton zu einem Display. Audioanschlüsse oder Bluetooth können Ton- und Peripheriegeräte verbinden. Ethernet und WLAN dienen der Netzwerkverbindung.
Ein Stecker sollte nur in eine passende Schnittstelle eingesetzt werden. Form und Beschriftung helfen bei der Zuordnung.
Zusammenspiel an einem Beispiel
Beim Öffnen eines Fotos liest das System die Bilddatei vom Speicherlaufwerk. Die benötigten Daten werden im Arbeitsspeicher bereitgestellt, der Prozessor führt die Programmbefehle aus und die Grafikausgabe erzeugt das Bild für den Monitor.
Kein einzelnes Bauteil erledigt die gesamte Aufgabe. Genau dieses Zusammenspiel ist das zentrale Verständnisziel.
Sicherer Umgang mit Hardware
Elektronische Geräte sollten im Unterricht nur unter geeigneten Sicherheitsbedingungen geöffnet oder umgebaut werden. Geräte werden vor Arbeiten ausgeschaltet und von der Stromversorgung getrennt; Netzteile oder andere gefährliche Baugruppen werden nicht eigenmächtig geöffnet.
Für reine Identifikationsübungen eignen sich ausgeschaltete Altgeräte, Fotos, Modelle oder vorbereitete Komponenten.
Aufgaben für den Unterricht
Komponenten zuordnen
Bilder oder ungefährliche reale Komponenten werden den Funktionsgruppen zugeordnet.
Arbeitsauftrag: Ordne CPU, RAM, SSD, Tastatur, Monitor, Maus und Drucker den Kategorien Verarbeitung, kurzfristiger Speicher, dauerhafter Speicher, Eingabe oder Ausgabe zu.
Erwartetes Ergebnis: Korrekte Funktionszuordnung mit kurzen Begründungen.
Computer als System zeichnen
Die wichtigsten Komponenten werden als vereinfachtes System dargestellt.
Arbeitsauftrag: Zeichne ein Diagramm mit Eingabe, CPU, RAM, SSD und Ausgabe. Verbinde die Teile mit Pfeilen und beschrifte, was zwischen ihnen passiert.
Erwartetes Ergebnis: Ein verständliches Systemmodell statt einer bloßen Teileliste.
Anschlüsse erkennen
Fotos von USB-, HDMI-, Audio- und Netzwerkanschlüssen werden verwendet.
Arbeitsauftrag: Ordne die Anschlüsse typischen Geräten oder Aufgaben zu. Nenne zu jedem Anschluss mindestens ein Beispiel.
Erwartetes Ergebnis: Grundlegende Sicherheit bei der Auswahl von Schnittstellen.
Hardwarefehler untersuchen
Einfache Fehlerszenarien werden analysiert, etwa Monitor nicht verbunden, Tastatur fehlt oder Speicher voll.
Arbeitsauftrag: Bestimme die wahrscheinlich betroffene Komponente und formuliere einen ungefährlichen Prüfschritt.
Erwartetes Ergebnis: Zusammenhang zwischen Funktion und Fehlersymptom.
Hardware-System präsentieren
Eine Gruppe erstellt ein Modell oder Poster eines Computersystems.
Arbeitsauftrag: Kennzeichnet interne und externe Komponenten und erklärt in einer kurzen Präsentation, wie mindestens fünf Teile zusammenarbeiten.
Erwartetes Ergebnis: Vollständige Systemdarstellung mit korrekter Fachsprache.
Selbstcheck
- Ich kann Hardware und Software unterscheiden.
- Ich kenne die grundlegenden Aufgaben von CPU, RAM und SSD.
- Ich kann Ein- und Ausgabegeräte zuordnen.
- Ich kenne wichtige Schnittstellen.
- Ich kann erklären, warum Komponenten zusammenarbeiten müssen.
- Ich beachte grundlegende Sicherheitsregeln beim Umgang mit Hardware.