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1 Grundlagen der Informatik Ergänzung zum Buch «Der Computer als Werkzeug» und «Informatik-Grundlagen» Rolf Bänziger.

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Präsentation zum Thema: "1 Grundlagen der Informatik Ergänzung zum Buch «Der Computer als Werkzeug» und «Informatik-Grundlagen» Rolf Bänziger."—  Präsentation transkript:

1 1 Grundlagen der Informatik Ergänzung zum Buch «Der Computer als Werkzeug» und «Informatik-Grundlagen» Rolf Bänziger

2 2 Wieso wir uns mit Systemtechnik befassen … Prozessor Intel® Core 2 Quad Core Processor Q8200 (2.33 GHz, 1333 MHz, 4MB Cache) Grafikkarten 512MB ATI® Radeon 4850 Graphics card Festplatte 640 GB Serial ATA non Raid (7200 Rpm)

3 3 ROM Chipset (North- Bridge) Chipset (South- Bridge) Motherboard, Hauptplatine

4 4 Die Zentraleinheit ist sozusagen das Herz der Hardware wird unterschiedlich definiert heisst auch CPU = Central Processing Unit Beim PC ist die CPU der Prozessor Je nach Definition wird auch noch der interne Speicher dazugezählt

5 5 Prozessor Rechenwerk Register Steuerwerk

6 6 Prozessor

7 7

8 8

9 9 Der Prozessor: Bestandteile besteht aus drei Hauptbestandteilen: Rechenwerk, Steuerwerk, Register Das Rechenwerk (ALU = arithmetic logic unit) führt Berechnungen durch Das Steuerwerk organisiert den Daten- verarbeitungsprozess Die Register sind winzige Speicherzellen, in denen z. B. Zwischenergebnisse gespeichert werden Prozessoren erreichen interne Taktfrequenzen von bis zu 3,6 GHz (= 3,6 Milliarden Schwingun- gen je Sekunde!)

10 10 Hyperthreading (HT) Intel verwendet diesen Begriff im Zusam- menhang mit Prozessoren, die mehrere unabhängige Prozesse (Threads) schneller verarbeiten können. Der Trick: Dem Be- triebssystem werden zwei Prozessoren vorgegaukelt. Ziel von HT: schnellere Ver- arbeitung! Wenn bei Ihrem PC im Task- Manager zwei CPU-Auslastungsdiagramme angezeigt werden, ist Ihr Prozessor HT-fähig (s. nächste Folie)!

11 11 Hyperthreading (HT) 2 CPU-Fenster Wenn das Betriebssystem doppelt sieht …

12 12 Der Taktgeber (Clock) Kristall, Taktgeber CPU

13 13 Der Taktgeber (Clock) Die CPU wird durch einen winzigen Takt- geber gesteuert. Der Kristall vibriert mit einer immensen Zahl von Schwingungen je Sekunde. Die Zahl der Schwingungen wird in Hertz (Hz, MHz, GHz) gemessen. Moderne PCs arbeiten mit bis zu 3,6 GHz (= 3,6 Milliarden Schwingungen/Sekunde)

14 14 Der Taktgeber (Clock) Kristall, Taktgeber CPU

15 15 Takt: immer schneller... JahrTaktfrequenz 1979bis 8 MHz 1985bis 33 MHz 1995bis 200 MHz 2005bis ca. 3,6 GHz

16 16 ROM Chipset (North- Bridge) Chipset (South- Bridge) Motherboard: Chipsatz (Chipset)

17 17 Motherboard: Chipsatz (Chipset)

18 18 Der Chipsatz (Chipset) Chipsätze kontrollieren und steuern den Datenfluss auf dem Motherboard Ein Chipsatz besteht häufig aus zwei Chips: der Northbridge und der South- bridge Der richtige Chipsatz ist wichtig für die Leistungsfähigkeit eines PC

19 19 Der interne Speicher ROM (Read Only Memory) RAM (Random Access Memory)

20 20 RAM Random Access Memory

21 21 RAM: Seine Eigenschaften 1 ist ein flüchtiger Speicher: ohne Strom geht der Inhalt verloren dient zur vorübergehenden Aufnahme von Programmen und Daten während der Arbeit: Wenn ich ein Worddokument bearbeiten will, muss ich es öffnen, das heisst ins RAM kopieren! ist ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff; mit Hilfe eines Inhaltsverzeichnisses kann der Computer bestimmte Daten lesen, ohne dass er sämtliche Daten absucht

22 22 RAM: Seine Eigenschaften 2 heisst auch Arbeitsspeicher ist ein Schreib-Lese-Speicher: Der Speicher kann gelesen und beschrieben werden hat bei modernen PCs eine Grösse von rund 4 GByte gibt es in verschiedenen Ausführungen (SDRAM, DDR-RAM, Rambus usw.)

23 23 RAM-Typen SDRAM: in älteren Computern aktuell: DDR-RAM (Double Data RAM): (Doppelter Datendurchsatz) –verschiedene Ausführungen; Dual-Channel- RAM ist am leistungsfähigsten. Rambus (RD-RAM): –schnellste Variante, weniger verbreitet, da teuer

24 24 DDR-RAM (Double Data RAM)

25 25 Rambus (RD-RAM)

26 26 Chipset (North- Bridge) Chipset (South- Bridge) Motherboard: Das ROM ROM

27 27 ROM: Seine Eigenschaften ist ein Festwertspeicher enthält Mikroprogramme; Fachausdruck: Firmware (weder Hard- noch Software) ist ein nicht flüchtiger Speicher: behält den Inhalt auch dann, wenn kein Strom fliesst ist viel kleiner als das RAM gibt es in verschiedenen Ausführungen (EPROM, EEPROM usw.)

28 28 ROM: Das BIOS (1) Im ROM befindet sich das BIOS, das Basic Input Output System. Es bezeichnet eine Schnittstelle zwischen der Hardware und dem Betriebssystem Es stellt das Grundbetriebssystem des Computers dar

29 29 ROM: Das BIOS (2) Das BIOS besteht aus: –Selbsttest-Routinen –Urladeprogramm (auch Bootstrap genannt) –Steuerung von systemnahen Ein- und Ausgaberoutinen beim Arbeiten –Konfigurationsprogramm: enthält Ein- stellungen (Anzahl Laufwerke, Reihenfolge der Laufwerke beim Booten)

30 30 ROM: Das BIOS (3) Wollen Sie einmal einen Blick ins BIOS- Setup werfen? Drücken Sie gleich nach dem Start Ihres Computers Delete (bei manchen Computern ist es F2 oder F10).

31 31 Cache-Speicher ist ein Pufferspeicher; dient dazu, Engpässe zu überbrücken sorgt dafür, dass der Prozessor immer mit Daten versorgt wird und nicht warten muss; das RAM ist dem Prozessor zu langsam gibt es meistens in zwei Stufen: First-Level- Cache (L1-Cache) und Second-Level-Cache (L2-Cache) Ohne Cache wäre der PC wesentlich weniger leistungsfähig! Celeron-Prozessoren haben kleinere Cache-Speicher und sind daher billiger

32 32 Cache-Speicher: L1-Cache befindet sich im Prozessorkern oder direkt daneben ist ein ziemlich kleiner Speicher: 16, 32 oder 64 kByte hält Daten und Anweisungen bereit, die der Prozessor demnächst verarbeiten muss wird in Prospekten oder Offerten selten erwähnt

33 33 Cache-Speicher: L2-Cache ist bei modernen PC im Prozessor- gehäuse untergebracht hat eine Grösse zwischen 256 kByte und 2 MByte (also auch ziemlich klein) hält Daten bereit, die der Prozessor dem- nächst verarbeiten muss wird in Prospekten oder Offerten oft als wichtiges Leistungsmerkmal erwähnt

34 34 Prozessor- Kern L1- Cache L2- Cache North- Bridge RAM

35 35 Das Bussystem

36 36 Busse sind Datenkanäle, welche die Kompo- nenten des PC miteinander verbinden Verkehrsbusse transportieren Menschen Computerbusse transportieren –Adressen (jede Speicherstelle des RAM hat eine bestimmte Adresse, ähnlich wie eine Hausnummer) –Daten –Steuersignale

37 37 Busse sind mit Strassen vergleichbar: je breiter sie sind und je schneller die Bits trans- portiert werden können, desto leistungs- fähiger sind sie Auf einem Motherboard existieren ver- schiedene Busse mit unterschiedlichen Takten und unterschiedlichen Busbreiten

38 38 FSB: Der Frontsidebus Der FSB kümmert sich um den Schwerverkehr zwischen CPU und RAM. Taktfrequenzen: 800–1333 MHz Wir sprechen von einem externen Takt.

39 39 ROM Chipset (North- Bridge) Chipset (South- Bridge) PCI-Bus: rot = Steckplätze, Slots

40 40 PCI: Peripheral Component Interconnet Breite: 32 Bit Takt: 33 MHz Einsatz: Zusatzkarten, z. B. Netzwerkkarten

41 41 ROM Chipset (North- Bridge) Chipset (South- Bridge) AGP-Bus: rot = Steckplatz, Slot

42 42 AGP: Accelerated Graphics Port Hochgeschwindig- keitsbus für Grafikkarten; der PCI- Bus ist zu langsam!

43 43 ROM Chipset (North- Bridge) Chipset (South- Bridge) ISA-Bus: rot = Steckplätze, Slots

44 44 ISA-Bus: Industrial Standard Architecture veralteter Bus («lahme Ente») Taktfrequenz: etwa 8 MHz Breite: 16 Bit für spezielle Karten Neuste PC verfügen über einen oder gar keinen ISA-Slot

45 45 PCI Express: löst PCI und AGP ab Der PCI Express ist der Nachfolger des AGP-Busses für Grafikkarten und ergänzt den bisherigen PCI-Bus um zwei bis vier Steckplätze für schnelle Erweiterungskarten. Die Daten werden seriell (hintereinander) und mit sehr hoher Geschwindigkeit über mehrere Fahrbahnen, sog. Lanes, trans- portiert. Es gibt Lanes für das Senden und für das Empfangen von Daten.

46 46 Rot umrandet: der PCI-Express (zwei Ausführungen); dazwischen drei herkömmliche PCI-Slots

47 47 USB (Universal Serial Bus) Drucker, Digitalkamera, Maus, externer CD-Brenner, externe Harddisk

48 48 Serielle Schnittstelle (RS232) Modem, Maus, Analyse- Geräte

49 49 Parallele Schnittstelle (LPT1) für den Drucker

50 50 Für den Anschluss von digitalen Videogeräten, z. B. Videokameras (Camcorders) FireWire-Schnittstelle IEEE 1394


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