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

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)

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

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

Prozessor Rechenwerk Register Steuerwerk

Prozessor

Prozessor

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!)

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)!

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

Der Taktgeber (Clock) CPU Kristall, Taktgeber

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)

Der Taktgeber (Clock) CPU Kristall, Taktgeber

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

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

Motherboard: Chipsatz (Chipset)

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

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

RAM Random Access Memory

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

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.)

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

DDR-RAM (Double Data RAM)

Rambus (RD-RAM)

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

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.)

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

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)

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).

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

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

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

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

Das Bussystem

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

Parallele Schnittstelle (LPT1) für den Drucker

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