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

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)

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

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

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!

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

Intel Core 2 Quad Prozessor Werbespot von Intel: http://www.intel.com/products/processor/core2quad/demo/demo.html

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)

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

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

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

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

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

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: 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)

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 …)

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

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 bis zu 12 MByte 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 bis 1333 MHz Wir sprechen von einem externen Takt.

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

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

AGP-Bus: rot = Steckplatz, Slot (am Aussterben) 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 (am Aussterben) 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 (verliert an Bedeutung)

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

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

Schnittstellen