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AP1 Frühjahr 2024 Aufgabe 3 Lösung

Erarbeitet von Alicia Löw​

Aufgabe 3 - Thema: Dateiformate, Speicherberechnung und Energieeffizienz (24 Punkte)

Aufgabenstellungen​

Aufgabenstellung 3a - Informationssuche zu unbekannten Dateiformaten (3 Punkte)​

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Aufgabenstellung 3b - Inkompatible Dateiformate im eigenen System verwenden (2 Punkte)​

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Aufgabenstellung 3c - Unterschied von Dateien im ASCII und Binär Format (4 Punkte)​

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Aufgabenstellung 3da - Speicherbedarf in Kibibyte berechnen (3 Punkte)​

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Aufgabenstellung 3db - Farbdarstellung berechnen (2 Punkte)​

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Aufgabenstellung 3dc - Speicherbedarf in Prozent berechnen (3 Punkt)​

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Aufgabenstellung 3e - Leistungsaufnahme mit Puffer berechnen und Netzteil auswählen (4 Punkte)​

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Aufgabenstellung 3f - Stromkosten berechnen (3 Punkte)​

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Lösungen​

Aufgabe 3a)​

Antwort​

  1. Im Internet recherchieren
  2. In evtl. vorhandenen Büchern nachschlagen
  3. Kollegen fragen

Aufgabe 3b)​

Antwort​

PLY-Datei in OBJ- oder STL-Format konvertieren.

Aufgabe 3c)​

Antwort​

Da die Daten von Dateien im Binär Format als Sequenzen von Einsen und Nullen gespeichert werden, sind diese Dateien für Menschen i.d.R. unleserlich.
Bei einer Datei im ASCII Format werden die Daten als ASCII-Charaktere gespeichert, welche z.B. mit einem Texteditor für Menschen leicht zu lesen sind.

Aufgabe 3da)​

Antwort​

Der Gesamtspeicherbedarf beträgt 45 KiB.

Rechenweg​

Eckdaten für die Berechnung​
  • 3'840 Punkte
  • x, y, z Koordinaten (3 verschiedene Koordinaten)
  • 32-Bit-Float pro Koordinate (4 Byte)
Gesamtspeicherbedarf in Byte - Berechnung​

Gesamtbedarf = n (Anzahl der Punkte) * Anzahl der Koordinaten * Speicherbedarf pro Koordinate

n = 3'840
Anzahl der Koordinaten = x, y, z Koordinaten = 3
Speicherbedarf pro Koordinate = 4 Byte

Gesamtbedarf = 3'840 * 3 * 4 Byte = 46'080 Byte

Gesamtspeicherbedarf konvertiert in Kibibyte - Berechnung​

💡 Umrechnung in Kibibyte = Byte / 1'024

Gesamtbedarf = 46'080 Byte / 1'024 = 45 KiB

Aufgabe 3db)​

Antwort​

Es lässt sich eine Anzahl von 16'777'216 Farben darstellen.

Rechenweg​

Eckdaten für die Berechnung​
  • 8 Bit pro Farbkanal
  • RGB-Farbraum (3 Kanäle)
Berechnung der Farbanzahl​

💡 Eine Farbtiefe von 8 Bit ermöglicht eine Darstellung von 256 verschiedenen Farben.

Gratzke, Hauser, Patett, Ringhand. "IT-Berufe Grundstufe Lernfelder 1-5" (1. Auflage). westermann. S. 478

Dies kann auch wie folgt berechnet werden:

Anzahl der Farben pro Kanal = 2Bitanzahl

Daraus ergeben sich 28 = 256 Farben pro Kanal.

Gesamtanzahl der Farben = Anzahl der Farben pro KanalAnzahl der Kanäle

Da der RGB-Farbraum 3 Kanäle besitzt (Rot, Grün, Blau), kann die Gesamtanzahl der Farben wie folgt berechnet werden:
Gesamtanzahl der Farben = 256 (Rot) * 256 (Grün) * 256 (Blau) = 2563 = 16'777'216

Aufgabe 3dc)​

Antwort​

Es werden zusätzlich 25% Speicher pro Bildpunkt benötigt.

Rechenweg​

Eckdaten für die Berechnung​
  • RGB-Farbraum (aus Aufgabe 3db)
    • 3 Kanäle
    • 8 Bit pro Kanal
  • Jeder Punkt wird durch x, y, z Koordinaten bestimmt (aus Aufgabenstellung 3d)
  • Jede Koordinate benötigt 32 Bit (= 4 Byte)
Berechnung des zusätzlichen Speicherbedarfs​

Ursprünglicher Speicherbedarf pro Bildpunkt:
3 Koordinaten * 4 Byte Speicherbedarf pro Koordinate = 12 Byte

Speicherbedarf der Farbwerte pro Bildpunkt:
3 Kanäle * 8 Bit/Kanal = 24 Bit -> 3 Byte

Berechnung des neuen Speicherbedarfs pro Bildpunkt:​

Um den gesamten Speicherbedarf pro Bildpunkt zu ermitteln, wird der Speicherbedarf der Farbwerte auf den ursprünglichen Speicherbedarf addiert:

Ursprünglicher Speicherbedarf + Speicherbedarf der Farbwerte

12 Byte + 3 Byte = 15 Byte

Berechnung des prozentuellen Anstieg:​

Zusätzlicher Speicherbedarf Ursprünglicher Speicherbedarf * 100

Dementsprechend:
3 Byte / 12 Byte * 100 = 25%

Aufgabe 3e)​

Antwort​

Die Leistungsaufnahme (inkl. Puffer) beträgt 609,4 W und das geeignete Netzteil dafür ist jenes mit einer Nennleistung von 650 W.

Rechenweg​

Gesamtleistungsaufnahme berechnen​

Maximale Leistungsaufnahme aller Komponenten (in Watt) addieren: 20 + 172 + 12 + (4 * 5) + 310 + (2 * 5) + (2 * 5) = 554

Puffer von 10% hinzurechnen​

Puffer (Prozentwert) errechnen:

W = p * G

Eingesetzt ergibt das:
Puffer = 0,1 * 554 = 55,4

Puffer auf Gesamtleistungsaufnahme addieren:
554 W + 55,4 W = 609,4 W

Da die Netzteile von 400 W bis 1'200 W in 50-W-Schritten zur Verfügung stehen und das Netzteil mit 600 W nicht genügend Leistung mit sich bringt, sollte das 650 W Netzteil gewählt werden.

Aufgabe 3f)​

Antwort​

Die jährlichen Stromkosten belaufen sich auf 260,00 EUR.

Rechenweg​

Eckdaten für die Berechnung​
  • 200 Arbeitstage à 9 Stunden
  • 90% Wirkungsgrad des Netzteils
  • 50% Auslastung des Netzteils im Schnitt
  • 0,40 EUR pro kWh
  • 650 W Netzteil (aus Aufgabe 3e)
Berechnung der effektiven Leistung des Netzteils​

Das Netzteil hat eine Nennleistung von 650 Watt. Da es im Durchschnitt 50% ausgelastet ist, kann folgende Formel für die Berechnung verwendet werden:

Effektive Leistung = Nennleistung * Auslastung (dezimal)

Einsetzen der Werte:
Effektive Leistung = 650 * 0,5 = 325 W

Wirkungsgrad des Netzteils berechnen​

Der Wirkungsgrad des Netzteils beträgt 90%, ergo nur 90% der zugeführten Energie wird in nützliche Arbeit umgewandelt. Um die tatsächliche Energieaufnahme aus dem Stromnetz zu berechnen, muss die effektive Leistung durch den Wirkungsgrad geteilt werden:\

Energieaufnahme = 325 W / 0,9 = 361,11 W

Berechnung der Gesamtbetriebsstunden​

Laut Aufgabenstellung läuft der PC an 200 Arbeitstagen je 9 Stunden:

Betriebsstunden = 200 Tage * 9 Stunden/Tag = 1'800 Stunden

Berechnung des Jahresenergieverbrauchs​

Um den jährlichen Energieverbrauch in kWh zu berechnen, wird die Energieaufnahme in kW umwandelt und mit den Betriebsstunden multipliziert:

Energieverbrauch = 361,11 W / 1'000 * 1'800 Stunden = 649,998 kWh = 650 kWh

Berechnung der Stromkosten​

Nachdem der Energieverbrauch ermittelt wurde, können nun die Gesamtstromkosten berechnet werden, indem der Energieverbrauch mit dem Preis pro kWh multipliziert wird:

Jährliche Stromkosten = 650 kWh * 0,40 EUR/kWh = 260,00 EUR

Selbsterstellte Aufgabe - Aufgabenstellung​

Situation - Speicherlösungen​

Ihr Unternehmen plant die Implementierung einer neuen Speicherlösung zur Speicherung und Verwaltung von Unternehmensdaten, inklusive Dokumenten, Datenbanken und Mediendateien.

Dabei werden zwei Optionen abgewogen:

  • eine SSD mit 1 TB Kapazität und einer Leistungsaufnahme von 2 Watt
  • eine HDD mit 2 TB Kapazität und einer Leistungsaufnahme von 6 Watt

Die gewählte Speicherlösung wird rund um die Uhr das ganze Jahr über betrieben.

Aufgabe 1 - Energieverbrauch​

Berechnen Sie den jährlichen Energieverbrauch beider Speicherlösungen in kWh.

Aufgabe 2 - Vor- und Nachteile diskutieren​

Vergleichen Sie die beiden Speicherlösungen und beschreiben Sie jeweils einen Vor- und Nachteil beider Speicherlösungen in Bezug auf Energieeffizienz und Leistung.

Aufgabe 3 - Lösung auswählen und Meinung begründen​

Entscheiden Sie sich für eine der Speicherlösungen und begründen Sie Ihre Wahl.

Selbsterstellte Aufgabe - Musterlösung​

Lösung zu Aufgabe 1​

Eckdaten für die Berechnung:

  • Betrieb rund um die Uhr (24 Stunden)
  • Betrieb jeden Tag (356 Tage)
  • Leistungsaufnahme:
    • SSD: 2 Watt
    • HDD: 6 Watt

Berechnung der jährlichen Betriebsstunden:
24 Stunden * 365 Tage = 8'760 Stunden/Jahr

SSD:
Energieverbrauch (kWh) = 0,002 kW * 8'760 h = 17,52 kWh

HDD:
Energieverbrauch (kWh) = 0,006 kW * 8'760 h = 52,56 kWh

Lösung zu Aufgabe 2​

Die SSD bietet einen geringeren Energieverbrauch pro Jahr mit 17,52 kWh, was zu niedrigeren Betriebskosten führt. Allerdings hat sie nur eine Speicherkapazität von 1 TB, welche bei der Speicherung größerer Datenmengen eine Einschränkung darstellen kann. Im Gegensatz dazu zeichnet sich die HDD durch eine höhere Speicherkapazität von 2 TB aus. Durch ihren höheren Energieverbrauch von 52,56 kWh pro Jahr steigen allerdings auch die Stromkosten.

Lösung zu Aufgabe 3​

Dadurch, dass die SSD nur etwa 33,33% des Energieverbrauchs der HDD hat, ist sie um einiges effizienter und günstiger. Zwar bietet sie nur die Hälfte der Speicherkapazität, diese reicht allerdings zur Speicherung von Dokumenten und Datenbanken aus. Deshalb würde ich die SSD empfehlen.