Grundlagen der Informatik

Präsentation zum Thema: "Grundlagen der Informatik"—  Präsentation transkript:

1 Grundlagen der Informatik
Ergänzung zum Buch «Der Computer als Werkzeug» Kapitel 2 Rolf Bänziger

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

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

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 Prozessor Rechenwerk Register Steuerwerk

6 Prozessor

7

8 Prozessor

9 Einzel- und Mehrkernprozessoren
Moderne PC verfügen heute über mehr als nur einen Prozessorkern Core-2-Duo-Prozessoren lösen die Single-Prozessoren ab Intel Core-2-Quad-Prozessoren verfügen über vier Prozessorkerne und übertreffen die Vorteile der Dualcore-Technologie noch einmal

10 Single-Core, Dual-Core
Dual-Core = zwei Prozessorkerne tiefere Taktfrequenz als Single-Core, aber mehr Leistung zusammen! Dual-Core bringt in nahezu allen Anwen-dungsgebieten Vorteile gegenüber Single-Core!

11 Dual-Core, Quad-Core Dual-Core = zwei Prozessorkerne
Quad-Core = vier Prozessorkerne noch leistungsfähiger als Dual-Core Aber: Nicht alle Programme können die vier Kerne voll ausreizen vier Prozessorkerne

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13 Intel Core 2 Quad Prozessor
Werbespot von Intel:

14 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 über 3 GHz (= 3 Milliarden Schwingungen/Sekunde)

15 Der Taktgeber (Clock) CPU Kristall, Taktgeber

16 Takt: immer schneller ... Jahr Taktfrequenz 1979 bis 8 MHz 1985
1995 bis 200 MHz 2005 bis ca. 3,6 GHz

17 Aber: Der Takt ist nicht alles!
Wichtiger ist heute die Architektur des Prozessors: Hat der Prozessor nur einen Kern oder mehrere? 17 17

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

19 Motherboard: Chipsatz (Chipset)

20 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

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

22 RAM Random Access Memory

23 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

24 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 2 bis 4 GByte gibt es in verschiedenen Ausführungen (DDR-RAM, Rambus usw.)

25 RAM-Typen aktuell: DDR2- und DDR3-SDRAM Rambus (RD-RAM):
verschiedene Ausführungen; Dual-Channel-RAM ist am leistungsfähigsten. Rambus (RD-RAM): schnellste Variante, weniger verbreitet, da teuer SDRAM: nur noch in alten Computern

26 Den PC mit RAM aufrüsten
Es gibt Dutzende von RAM-Typen Verwenden Sie möglichst gleiche RAM-Bausteine vom gleichen Hersteller Das Mischen von unterschiedlichen RAM-Bausteinen kann zu Problemen führen Grundsätzlich: Sparen Sie beim PC-Kauf nicht am RAM! 26 26

27 DDR-RAM (Double Data RAM)

28 Rambus (RD-RAM)

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

30 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.)

31 ROM: Das BIOS (1) Im ROM befindet sich das BIOS: Basic Input Output System; es 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)

32 ROM: Das BIOS (2) Wollen Sie einmal einen Blick ins BIOS werfen? Drücken Sie gleich nach dem Start Ihres Computers Delete (bei manchen Computern ist es F2 oder F10). Online-Infos über das BIOS (wer es ganz genau wissen möchte …)

33 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, manchmal auch in drei 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

34 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

35 Cache-Speicher: L2-Cache
ist bei modernen PC im Prozessor-gehäuse untergebracht hat eine Grösse bis zu 12 MByte hält Daten bereit, die der Prozessor dem-nächst verarbeiten muss wird in Prospekten oder Offerten oft als wichtiges Leistungsmerkmal erwähnt

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

37 Das Bussystem

38 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

39 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

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

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

42 PCI: Peripheral Component Interconnet (am Aussterben)
Breite: 32 Bit Takt: 33 MHz Einsatz: Zusatzkarten, z. B. Netzwerkkarten

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

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

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

46 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

47 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.

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

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

50 Serielle Schnittstelle (RS232) Modem, Maus, Analyse-
Geräte (verliert an Bedeutung)

51 Parallele Schnittstelle (LPT1) für den Drucker
verliert immer mehr an Bedeutung

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

53 Schnittstellen