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Grundlagen der Informatik
Ergänzung zum Buch
«Der Computer als Werkzeug»
Kapitel 2
Rolf Bänziger
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Wieso wir uns mit Systemtechnikbefassen …
ProzessorIntel® Core™ 2 Quad Core Processor Q8200 (2.33 GHz, 1333 MHz, 4 MB Cache)
Grafikkarten512 MB ATI® Radeon™ 4850 Graphics card
Festplatte640 GB Serial ATA non Raid (7200 rpm)
3ROM
Chipset(North-Bridge)
Chipset(South-Bridge)
Motherboard, Hauptplatine
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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
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ProzessorProzessor
RechenwerkRechenwerk RegisterRegister SteuerwerkSteuerwerk
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Prozessor
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8
Prozessor
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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
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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!
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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 ausreizenvier Prozessorkerne
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Intel Core 2 Quad Prozessor
Werbespot von Intel:
http://www.intel.com/products/processor/core2quad/demo/demo.html
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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)
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Der Taktgeber (Clock)
Kristall, Taktgeber
CPU
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Takt: immer schneller ...
Jahr Taktfrequenz
1979 bis 8 MHz
1985 bis 33 MHz
1995 bis 200 MHz
2005 bis ca. 3,6 GHz
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Aber: Der Takt ist nicht alles!
Wichtiger ist heute die Architektur des Prozessors: Hat der Prozessor nur einen Kern oder mehrere?
18ROM
Chipset(North-Bridge)
Chipset(South-Bridge)
Motherboard: Chipsatz (Chipset)
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Motherboard: Chipsatz (Chipset)
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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
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Der interne SpeicherDer interne Speicher
ROM (Read Only Memory)ROM (Read Only Memory)
RAM (Random Access Memory)RAM (Random Access Memory)
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RAM
Random AccessMemory
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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
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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.)
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RAM-Typen
• aktuell: DDR2- und DDR3-SDRAM– verschiedene Ausführungen; Dual-Channel-RAM ist am leistungsfähigsten.
• Rambus (RD-RAM): – schnellste Variante, weniger verbreitet, da teuer
• SDRAM: nur noch in alten Computern
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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!
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DDR-RAM
(Double Data RAM)
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Rambus (RD-RAM)
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Chipset(North-Bridge)
Chipset(South-Bridge)
Motherboard: Das ROM
ROM
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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.)
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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)
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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 …)
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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
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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
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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
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Prozessor-Kern
L1-Cache
L2-Cache
North-Bridge RAM
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Das Bussystem
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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
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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
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FSB: Der Frontsidebus
Der FSB kümmert sichum den Schwerverkehrzwischen CPU und RAM.
Taktfrequenzen: 800 bis 1333 MHz
Wir sprechen von einem externen Takt.
41ROM
Chipset(North-Bridge)
Chipset(South-Bridge)
PCI-Bus: rot = Steckplätze, Slots
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PCI: Peripheral Component Interconnet(am Aussterben)
Breite: 32 Bit
Takt: 33 MHz
Einsatz: Zusatzkarten, z. B.Netzwerkkarten
43ROM
Chipset(North-Bridge)
Chipset(South-Bridge)
AGP-Bus: rot = Steckplatz, Slot(am Aussterben)
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AGP: Accelerated Graphics Port
Hochgeschwindig-keitsbus für Grafikkarten; der PCI-Bus ist zu langsam!
45ROM
Chipset(North-Bridge)
Chipset(South-Bridge)
ISA-Bus: rot = Steckplätze, Slots(am Aussterben)
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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
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PCI Express: löst PCI und AGP abDer 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.
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Rot umrandet: der PCI-Express (zwei Ausführungen);dazwischen drei herkömmliche PCI-Slots
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USB(Universal Serial Bus)
Drucker,Digitalkamera,Maus, externerCD-Brenner,externe Harddisk
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Serielle Schnittstelle(RS232)
Modem,Maus, Analyse-Geräte
(verliert an Bedeutung)
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Parallele Schnittstelle (LPT1)für den Drucker
verliert immer mehr an Bedeutung
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Für den Anschluss von digitalen Videogeräten, z. B. Videokameras (Camcorders)
FireWire-SchnittstelleIEEE 1394
Schnittstellen
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