Introduction to Technologies for Interaction Design

Introduction to
Technologies for
Interaction Design
Rechneraufbau
Eniac 1946
Quelle: http://weblogs.newsday.com
Alto 1973
Quelle: http://www.mr-gadget.de
Apple Lisa 1984
Quelle: http://oldcomputers.net/lisa.html
SGI Iris Indigo 1999
Quelle: http://questier.com/SGI/
Innenleben eines PC 2007
Case Modding
Quelle: http://www.tomshardware.com
Mac Pro
2007
Quelle: http://www.apple.com
XO Laptop von OLPC 2007
Quelle: http://www.regardingjohn.com/blog/
MacBook Air 2008
Quelle: http://www.apple.com
Was ist ein Rechner?
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eigentlich ein Rechnersystem aus
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Rechnergrundgerät (Prozessor, Hauptspeicher, Cache)
Festplatte (Massenspeicher)
Maus (Eingabegeräte)
Tastatur (Terminal, Eingabegerät)
Bildschirm (Terminal, Ausgabegerät)
CD- bzw. DVD-Laufwerk (Massenspeicher)
Lautsprecher (Ausgabegerät)
Drucker (Ausgabegerät)
Netzanschluss (Schnittstelle)
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Rechneraufbau
Quelle: http://www.zum.de/Faecher/Inf/BW/bilder/comp.jpg
Analogie zum Arbeitsplatz
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Taschenrechner (führt immer nur eine
Rechenoperation aus) - Rechenwerk
Schreibblock, um Gang der Rechnung,
gegebene Größen, Zwischenergebnisse
und Resultate aufzuzeichnen –
Arbeitsspeicher bzw. Speicherwerk
der Mensch, der den Ablauf steuert –
Steuerwerk
Ein- und Ausgangskorb für Daten – Ein/Ausgabegeräte
Binäre Signale
Signale, die zwischen den einzelnen
Teilen des Rechners transportiert
werden, werden durch binäre
elektrische Spannungen dargestellt
| Spannungen werden durch Schalter
erzeugt
| früher mechanische Schalter
(Relaiskontakte), heute elektronisch
(Transistoren)
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Binäre Signale
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viele Schalter werden zu Schaltnetzen oder
Schaltwerken zusammengefasst
Schaltnetze haben kein Speicherverhalten,
verknüpfen zwei binäre Signale und
erzeugen daraus ein neues binäres Signal
3 Arten von Verknüpfungen: Nicht-Gatter,
Und-Gatter, Oder-Gatter
wenn sich die Eingangssignale ändern,
ändert sich auch das Ausgangssignal
Binäre Signale
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Schaltwerke haben Speicherverhalten, d.h.,
jede Schaltung befindet sich in einem
Zustand
Elektronische Rückkopplungsschaltung
(Flipflop) am häufigsten verwendet
Eingangssignal ändert den Zustand,
Ausgangssignal hängt von Eingangssignal
und Zustand ab
Prozessor - Aufbau
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bestehen aus Transistoren
Transistoren sind durch
Spannung oder Strom
steuerbare elektrische
Widerstände
Größe Mitte 2007 ca. 65 nm
Prozessor
Anzahl
Transistoren
Jahr
Intel Pentium 3.100.000
1993
Intel Core 2
410.000.000
2007
Intel Itanium
1.720.000.000
2006
Nachbau des ersten Transistors von 1947
Prozessor - Aufgabe
Recheneinheit eines Computers
| besteht aus Register, Rechenwerk,
Befehlsdecoder, Steuerwerk,
Schnittstelle zum Systembus
| führt mit Microcode Befehlsabarbeitung
aus
| Kennzahlen: Taktzyklen pro Befehl,
Länge der Taktzyklen
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Prozessoren im MacPro
zwei Quad-Core Intel
Xeon Prozessoren
| Geschwindigkeit bis zu
3,2 GHz
(3 Milliarden Zyklen pro
Sekunde!)
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Hauptspeicher - RAM
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Platz für digitale Daten vor und nach ihrer
Verarbeitung im Prozessor
direkte Verbindung zum Prozessor – schneller
Datenaustausch
Information ist flüchtig, geht bei Ausfall der
Betriebsspannung verloren
„Kurzzeitgedächtnis“ des Rechners
Kapazitäten werden in Bit oder Byte angegeben
MacPro: Steckplätze für bis zu 32 GB (mit
eigenem Lüfter)
Cache
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Pufferspeicher zwischen Prozessor und
Hauptspeicher
dient zur Verringerung der Zugriffszeit
speichert aktuell benutzte Daten in der
Hoffnung, dass sie gleich nochmals
benötigt werden
verschiedene Verdrängungsstrategien
FIFO, LRU, LFU
ROM-Speicher
Read-Only-Memory (Nur-Lese-Speicher)
| Information geht bei Ausfall der
Betriebsspannung nicht verloren
| wird während der Herstellung
programmiert (enthält z.B. das BIOS)
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Festplatte
„Langzeitgedächtnis“ des Rechners
| Magnetspeicher
| Nobelpreis 2007 an Fert und Grünberg
(Entdeckung giant magnetoresistence,
GMR-Effekt)
| 500 – 750 GB, mehrere Festplatten
möglich (MacPro bis 4 TB)
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Massenspeicher
alt: Disketten, zip-Laufwerke, optische
Laufwerke …
| CD-ROM 650 – 700 MB Kapazität
| DVD-Laufwerk wesentlich größere
Kapazität (ca. 5 GB)
| externe Festplatten
| USB-Massenspeicher wie USB-Stick
oder Digitalkamera
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Graphikkarte
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steuert die Bildschirmanzeige
einzeln über Bus mit Hauptplatine
verbunden oder direkt im Chipsatz der
Hauptplatine
mit eigenem Prozessor und Speicher
Leistungsmerkmale sind maximale
Anzahl ansteuerbarer Pixel, Anzahl
möglicher darstellbarer Farben,
Geschwindigkeit
Maus
graphisches Eingabegerät zur
Auswahl eines Bildpunktes
| Mausbewegung wird über Sensor
aufgenommen, digitalisiert und über
Schnittstelle an Computer übertragen
| zusätzliche Tasten erweitern
Funktionalität
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Maus - Geschichte
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1968 benutzte
Douglas Engelbart
den ersten „x-yPositions-Anzeiger
für ein
Bildschirmsystem“
Maus - Funktionsweise
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optomechanisch,
Mausbewegungen werden in
elektrische Signale
umgewandelt, die per
Software (Maustreiber) in
Koordinaten umgerechnet
werden
optisch mit Leuchtdioden
oder Laserdioden,
Oberfläche wird beleuchtet,
um Mausbewegungen zu
erkennen, die mit internem
Prozessor Richtung und
Geschwindigkeit der Maus
berechnen
Maus - Beispiele
Hardware-Schnittstellen
Verbindungen zur Außenwelt
| Netzanschluss
| Internetanschluss (Ethernet)
| Firewire (z.B. Videokamera)
| USB
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Netzwerkanschluss
Verbindung des Rechners mit einem
anderen Rechner bzw. Netzwerk von
Rechnern
| Erhöhung der Rechnerleistung
| Datenübertragung an entfernte Rechner
| Kommunikation mehrerer Rechner
untereinander
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Netzwerkanschluss
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Netzwerkkarte braucht eindeutige Identifizierung
MAC-Adresse (Hardware-Adresse des
Netzwerkadapters), besteht bei Ethernet-Netzen
aus 48 Bit
oft auf der Netzwerkkarte zu finden, auch per
Software auslesbar
Adresse wird vom Betriebssystem oder
Netzwerkmanager (Software) gelesen und
übertragen – kann also durch diese auch verändert
werden und ist deshalb nicht ausreichender Schutz
eines Netzwerkes
Netzwerkanschluss
Vorschriften, nach denen die Rechner-zuRechner-Kommunikation abläuft, heißen
Protokolle
| Kodierung zwischen Sender und
Empfänger muss standardisiert werden
| Fehlerlosigkeit sicherstellen
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Schnittstellen
Bluetooth - Schnittstelle
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Standard für Funkvernetzung über kurze
Distanz
Für mobile Kleingeräte (Mobiltelefone,
PDAs), aber auch Computer
dürfen zulassungsfrei betrieben werden
synchrone Verbindung
bei fehlerhafter Implementierung oder
unvorsichtiger Konfiguration böswillige
Attacken möglich
in Spielkonsolen eingesetzt,
Hausautomaten, Alarmsystemen, Schlüssel
Quellen
P. Rechenberg, Was ist Informatik?
| http://www.wikipedia.de
| http://www.apple.com/macbook/thenew-macbook/
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