02 · Hardware & IT-Arbeitsplatz

Ein Computer besteht im Kern aus drei zusammenspielenden Bauteilen: Der Prozessor führt Befehle aus, der Arbeitsspeicher hält die Daten dafür bereit, und das Mainboard verbindet beide mit dem Rest der Hardware.

CPU

Führt Befehle aus, nach dem von-Neumann-Prinzip mit den Bauteilen:

• Rechenwerk – führt die eigentlichen Rechen- und Vergleichsoperationen aus (ALU).
• Steuerwerk – holt Befehle aus dem Speicher, dekodiert sie und steuert den Ablauf.
• Speicher – hält Programm und Daten gemeinsam im selben Adressraum, das namensgebende Prinzip.
• Ein-/Ausgabe – verbindet den Rechner mit Tastatur, Bildschirm, Netzwerk und Co.
• Bussystem – transportiert Daten, Adressen und Steuersignale zwischen allen Bauteilen.

Wichtige Kenngrößen:

• Taktfrequenz – wie viele Zyklen die CPU pro Sekunde durchläuft, in GHz.
• Kerne – physisch eigenständige Recheneinheiten auf einem Chip; jeder Kern arbeitet unabhängig einen eigenen Befehlsstrom ab, das ist echte Parallelität.
• Threads – logische Verdopplung je Kern (z. B. Hyper-Threading/SMT); zwei Threads teilen sich die Ausführungseinheiten eines Kerns und füllen dessen Leerlaufzeiten, bringen aber keine doppelte Rechenleistung.
• Cache (L1–L3) – schneller Zwischenspeicher nahe am Kern; je niedriger die Stufe, desto schneller, aber kleiner.
• TDP – die Wärmeleistung, die das Kühlsystem dauerhaft abführen muss.

Mehr Kerne helfen bei Parallellast (VMs, Kompilieren), hoher Takt bei Einzelthread-Last.

RAM

Flüchtiger Arbeitsspeicher – die wichtigsten Begriffe dazu:

• DRAM – dynamisch, muss ständig aufgefrischt werden, günstig und hochkapazitiv; der normale Hauptspeicher.
• SRAM – statisch, schneller, aber teurer; steckt im CPU-Cache.
• DDR4/DDR5 – aktuelle Generationen, DDR5 mit höherer Bandbreite.
• DIMM/SO-DIMM – DIMM ist die volle Riegelgröße für Desktop und Server, SO-DIMM die kompakte Bauform für Laptops.
• Multi Channel – mehrere Riegel parallel angesprochen (Dual/Triple/Quad Channel), vervielfacht die Speicherbandbreite entsprechend der Kanalzahl.
• Latenz (CL) – Wartezyklen zwischen Anfrage und Datenlieferung; niedrigere CAS-Latency heißt schnellerer Zugriff bei gleichem Takt.
• ECC-RAM – erkennt und korrigiert Bitfehler selbstständig; Standard im Server.

Mainboard

Verbindet alles:

• Sockel – nimmt die CPU auf und stellt die elektrische Verbindung zum Board her.
• Chipsatz – steuert den Datenfluss zwischen CPU, RAM und Peripherie.
• RAM-Slots – nehmen die Arbeitsspeicherriegel auf.
• PCIe-Steckplätze – für Erweiterungskarten wie Grafik- oder Netzwerkkarte.
• M.2 – kompakter Steckplatz direkt auf dem Board, meist für schnelle SSDs.
• Thunderbolt – über USB-C, bis 40 Gbit/s, kombiniert Daten, Bildsignal und Stromversorgung in einem Kabel (Details in 02.3).
• FireWire (IEEE 1394) – älterer serieller Hochgeschwindigkeitsbus, vor allem für Videogeräte; heute von USB/Thunderbolt abgelöst.

BIOS/UEFI: Firmware, initialisiert Hardware (POST) und startet den Bootloader; UEFI ist der Nachfolger mit GPT-Partitionierung (Platten > 2 TB) und Secure Boot.

Massenspeicher unterscheiden sich vor allem in Geschwindigkeit, Haltbarkeit und Preis pro Terabyte – von der klassischen Festplatte über die SATA-SSD bis zur deutlich schnelleren NVMe-SSD.

HDD

Mechanischer Datenträger mit rotierenden Magnetscheiben – langsamer und stoßempfindlicher als Flash, aber pro Terabyte am günstigsten und deshalb die Standardwahl für Archiv und große Kapazitäten. Gängige Arten und Anschlüsse:

• Desktop-/Server-HDD (3,5″) – Standardgröße mit den größten Kapazitäten, aktuell bis über 16 TB.
• Notebook-HDD (2,5″) – kompakter, aber langsamer und mit weniger Kapazität.
• NAS-HDD – für 24/7-Dauerbetrieb und Vibrationen im Mehrplattengehäuse ausgelegt, haltbarer als Desktop-Modelle.
• Externe HDD – Desktop- oder Notebook-Platte im USB-Gehäuse, für Backup und mobilen Einsatz.
• SATA – Standardschnittstelle für HDDs im PC, aktuell SATA III mit bis zu 6 Gbit/s (~600 MB/s).
• SAS – robustere Schnittstelle für Server, erlaubt mehreren Controllern gleichzeitigen Zugriff auf dieselbe Platte.

SSD

Flashspeicher ohne bewegliche Teile: schneller, stoßfest, lautlos. Wie viele Bits eine Speicherzelle speichert, entscheidet über Preis und Haltbarkeit:

• SLC – 1 Bit/Zelle, am schnellsten und langlebigsten, aber teuer; heute nur noch im Enterprise-Bereich.
• MLC – 2 Bit/Zelle, guter Kompromiss aus Tempo und Preis.
• TLC – 3 Bit/Zelle, heutiger Standard in Consumer-SSDs.
• QLC – 4 Bit/Zelle, günstigste und größte Kapazität, aber langsamer und mit den wenigsten Schreibzyklen.

Vergleich

Ergänzend: Im Server gibt es SSDs auch als U.2-Variante. Für die Auswahl zusätzlich wichtig: IOPS (Zufallszugriffe pro Sekunde) und TBW (Total Bytes Written – wie viel insgesamt geschrieben werden darf, bevor der Flash verschleißt).

Zu einem vollständigen Arbeitsplatz gehören neben CPU und Speicher auch die Schnittstellen, über die Geräte angeschlossen werden, sowie die Peripherie selbst – vom Drucker über den Scanner bis zu Maus und Webcam.

Schnittstellen

Die wichtigsten Anschlussarten für Peripheriegeräte:

• USB
  • USB 2.0 – 480 Mbit/s, heute nur noch für einfache Geräte wie Tastatur oder Maus.
  • USB 3.x – 5–20 Gbit/s, Standard für externe Datenträger.
  • USB4/Thunderbolt – bis 40 Gbit/s über USB-C, inklusive DisplayPort-Alt-Mode und Power Delivery bis 240 W.
• Video
  • HDMI – Consumer-Standard, überträgt auch Ton.
  • DisplayPort – PC-Standard, mehrere Monitore per Daisy-Chain.
  • VGA/DVI – veraltet, kaum noch verbaut.
  • Auflösungen – Full HD (1920×1080), WQHD (2560×1440), 4K/UHD (3840×2160).

Drucker

Druckertypen unterscheiden sich vor allem in Einsatzzweck und Folgekosten:

• Laserdrucker – Büro-Standard: schnell, günstig pro Seite, wischfest.
• Tintenstrahldrucker – stark bei Foto und Farbe, günstiger in der Anschaffung, aber teurere Folgekosten.
• Thermodrucker – für Bons und Etiketten, kommt ohne Toner oder Tinte aus.
• Multifunktionsgerät – kombiniert Drucker, Scanner und Kopierer (oft auch Fax) in einem Gerät.
• Duplexdruck – bedruckt automatisch beide Seiten, spart Papier.
• Seitenpreis – wichtigstes Kaufkriterium bei hohem Druckvolumen, oft wichtiger als der Anschaffungspreis.

Scanner

Wichtige Begriffe rund um den Scanner:

• Flachbettscanner – Vorlage liegt auf einer Glasplatte, geeignet für Einzelblätter, Bücher und empfindliche Vorlagen.
• Dokumenteneinzug (ADF) – zieht mehrere Blätter automatisch nacheinander ein, für größere Stapel.
• Auflösung (DPI) – Punkte pro Zoll, bestimmt die Bildschärfe des Scans.
• Duplex-Scan – erfasst beide Seiten einer Vorlage in einem Durchgang.
• OCR (Texterkennung) – wandelt den gescannten Text in durchsuchbaren und bearbeitbaren Text um.

Weitere Peripheriegeräte

Weitere Geräte, die zum Arbeitsplatz gehören:

• Tastatur/Maus – kabelgebunden oder per Funk (2,4-GHz-Dongle oder Bluetooth); ergonomische Formen beugen Belastungsschäden vor.
• Monitor – entscheidend sind Auflösung, Panel-Typ (IPS für Farbtreue, TN für Reaktionszeit, VA als Kompromiss) und Bildwiederholrate.
• Webcam – für Videokonferenzen; Auflösung und Blickwinkel sind die wichtigsten Kaufkriterien.
• Dockingstation – bündelt mehrere Schnittstellen für den Laptop-Arbeitsplatz an einem einzigen Kabel.
• Kartenlesegerät – liest Smartcards, z. B. für die eID-Funktion des Personalausweises oder Signaturkarten.

Typische AP1-Aufgabe: Arbeitsplatz für ein Anforderungsprofil (CAD, Buchhaltung, Homeoffice) zusammenstellen und jede Komponente kurz begründen – Nutzwertargumente statt Markennamen.

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung überbrückt kurze Stromausfälle und schützt vor Spannungsschwankungen – die vier Bauarten unterscheiden sich darin, wie schnell und wie sauber sie das tun.

Batteriegestützte Klassen (VFD/VI/VFI) nach IEC 62040-3, Rotations-USV fällt nicht darunter.

Dimensionierung – benötigte Scheinleistung:

USV schützt gegen Ausfall, Über-/Unterspannung und Frequenzschwankungen – und gibt Zeit für ein sauberes Herunterfahren (Steuerung über USB/Netzwerk, z. B. NUT oder Herstellertools; die Synology kann das nativ).

Ein IT-Arbeitsplatz muss nicht nur funktionieren, sondern auch den Menschen davor schützen und Ressourcen schonen – das eine regelt der Arbeitsschutz, das andere Green IT.

Arbeitsschutz

• Bildschirmarbeitsplatz (ArbStättV):
  • Blickrichtung parallel zum Fenster
  • Oberkante Display auf Augenhöhe
  • entspiegelter Monitor
  • verstellbarer Stuhl
  • ausreichende Beleuchtung (~500 lx)
  • Beinfreiheit
  • externe Tastatur/Maus am Laptop-Arbeitsplatz
• Warum es das Unternehmen interessiert: weniger Ausfälle, Fürsorgepflicht, Produktivität – gutes Begründungsargument in AP1-Antworten.
• Barrierefreiheit: bei Auswahl und Einrichtung berücksichtigen – Bildschirmlupe, Screenreader, Kontraste, Tastaturbedienbarkeit, höhenverstellbare Tische.

Green IT

Green IT umfasst Maßnahmen zur umweltfreundlichen und ressourcenschonenden Nutzung von Informationstechnologie. Ziel ist es, den Energieverbrauch, CO₂-Ausstoß und Elektroschrott zu reduzieren. Beispiele sind energieeffiziente Geräte, Virtualisierung und die Nutzung erneuerbarer Energien in Rechenzentren.

• Energieeffizienz (80-PLUS-Netzteile, Energy Star, Blauer Engel)
• niedrige Standby-Verbräuche
• Lebensdauer und Reparierbarkeit
• fachgerechtes Recycling (ElektroG)
• Wiederverwendung (Refurbishing)

Stromkosten rechnen: W = P · t, Kosten = kWh · Preis.

Zwei einfache physikalische Formeln reichen für die FISI-Prüfung aus, um Leistung und Energieverbrauch von Geräten zu berechnen.

Taucht eingebettet auf: Netzteil-Dimensionierung, USV-Aufgaben, Stromkosten, PoE-Budgets (Switch liefert z. B. 370 W für alle Ports zusammen – reicht das für 12 Kameras à 25 W? Nein: 300 W + Reserve knapp).